В России создали прорывной источник квантового «сжатого» света

Ученые Квантового проекта «Росатома» совершили прорыв в фотонных технологиях: первыми в России и одними из первых в мире они создали компактный источник квантового «сжатого» состояния света на чипе, который необходим для выхода на новый технологический уровень квантовой сенсорики и квантовых вычислений.

Прорыв в фотонных технологиях

«Сжатый» свет — это особое квантовое состояние электромагнитного поля. Разработка позволит производить на основе «сжатого» света компактные сенсоры с огромной чувствительностью для измерений, точность которых превосходит стандартный квантовый предел классического света.

Говоря простым языком, сжатый свет — это свет, у которого искусственно уменьшили «дрожание» (квантовый шум), чтобы делать сверхточные измерения. Представьте, что вы пытаетесь нарисовать линию на бумаге во время езды по плохой дороге. Ваша рука постоянно дрожит из-за кочек. В квантовом мире обычный свет ведет себя так же: у него есть естественное «дрожание» (неопределенность). Из-за этого шума приборы не могут рассмотреть супермелкие детали — картинка размывается.

По законам физики (принцип неопределенности Гейзенберга) полностью убрать это дрожание нельзя. Но ученые придумали хитрый трюк: они сжимают шум в одном параметре света (например, в его яркости), при этом неизбежно раздувая шум в другом (например, в фазе волны). Обычно для этого используют специальные лазеры.

Процесс выглядит следующим образом:

Ученые берут обычный лазерный луч и направляют его на особый материал (кристалл или специальный наночип). Внутри этого материала происходит магия: один фотон (частица света) высокой энергии распадается на пару связанных между собой фотонов поменьше. Эти новые фотоны рождаются строго одновременно и становятся зависимыми друг от друга. Их общие характеристики начинают взаимно компенсировать то самое «дрожание». На выходе получается поток света с подавленным шумом. Применение в медицине и физике

К примеру, станет возможным преодоление ограничения работы классических сенсоров с биологическими объектами: увеличение мощности светового луча при исследовании не будет приводить к разрушению ткани. Применение «сжатого света» безопасно выведет на новый уровень медицинскую диагностику и исследования живых организмов в целом.

Также разработка открывает дорогу к созданию оптических (фотонных) квантовых компьютеров, использующих для вычислений сжатые состояния. На основе таких систем можно создавать универсальные квантовые компьютеры для практического применения в решении задач оптимизации, к примеру, для повышения эффективности логистики и производственных цепочек.

«В мировой науке работа с "сжатым светом" является одним из наиболее перспективных направлений, важных для развития квантовых технологий. Это тренд, который оседлать пока удалось далеко не всем. Наши ученые заняли по этому направлению передовые позиции: мы находимся в первом эшелоне стран и компаний, которые добились реальных результатов. В ближайших планах — начать разработку квантовых вычислительных систем на основе "сжатого света" и применить наработки в создании детекторов, в т.ч. биологических», — прокомментировал разработку руководитель научной группы Квантового центра и «Росатом Квантовые технологии» Дмитрий Чермошенцев.

В России завершается создание синхротрона с рекордной яркостью излучения

Запущен первый в Европе рентгеновский спектрометр на основе сверхпроводящей матрицы

Квантовый компьютер на атомах впервые оснастили непрерывной коррекцией ошибок

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX