Работа, опубликованная в журнале Nature Photonics, была выполнена международной командой исследователей под руководством специалистов из Корнеллского университета и Массачусетского технологического института. Ученым удалось преобразовать нестабильные шумные лазеры — источники света с сильными флуктуациями, мешающими точным измерениям — в удивительно стабильные лучи, обладающие квантовыми свойствами.
Обычно высокомощные лазеры страдают от так называемого «шума», то есть колебаний интенсивности, которые делают их непригодными для задач, где требуется постоянный поток света. Но, как оказалось, даже такие шумные лазеры можно использовать для получения квантового света, если правильно обработать их излучение.
Ключ к методу — использование нелинейного оптического волокна, материала, в котором световые волны могут взаимодействовать друг с другом. В результате процесса, называемого четырехволновым смешением, энергия между разными цветами света перераспределяется, а их колебания становятся взаимосвязанными. Это создает так называемые квантовые корреляции, устойчивые к шуму.
После прохождения через волокно импульсы направляют в спектральный фильтр, который выделяет наиболее стабильные участки спектра. В некоторых случаях уровень шума удается снизить в 30 раз. При этом сохраняется высокая мощность света — до 0,1 тераватта на квадратный сантиметр, что делает этот метод применимым в реальных условиях.
Руководитель проекта Николас Ривера из Корнелла отмечает, что идея возникла из практической нужды: создать источник квантового света, не прибегая к дорогостоящим и сложным системам. Теперь такие источники могут быть получены из уже существующих лазеров, если просто модернизировать оптическую схему.
Более того, команда разработала математическую модель, позволяющую заранее предсказать, как поведет себя лазер в этих условиях. Это делает технологию доступной для других лабораторий, работающих с квантовым светом.
Исследователи считают, что такой подход может быть масштабирован для использования с гораздо более мощными лазерами, существующими сегодня. В будущем его можно будет применять не только в научных установках, но и, например, в оптоволоконной связи, где высокое качество сигнала жизненно важно.
Интерес к лазерам не ослабевает, особенно когда они становятся настолько точными, что могут различать мельчайшие детали на огромных расстояниях. О том, как ученым удалось прочитать текст с расстояния более километра с помощью квантовой оптики, вы можете узнать в этой статье.