Цивилизация
Физики из парижского Института оптики, Российского квантового центра, МФТИ и ФИАНа смогли создать особое состояние квантовой запутанности, которое позволяет получить сверхточную линейку, способную измерять расстояние в сотни километров с точностью до миллиардных долей метра. Результаты исследований опубликованы в престижном научном журнале Nature Communications.
В оптических интерферометрах лучи лазера, приходящие от двух зеркал, «смешиваются» друг с другом, и возникает интерференция: волны света, накладываясь, либо гасят друг друга, либо усиливают — в зависимости от точного положения зеркал. Это позволяет измерять их микроскопические смещения, потому что расстояние между полосами равно длине волны — примерно 0,5–1 микрон. Однако для многих экспериментов нужна еще более высокая точность. Например, для обнаружения гравитационных волн требовалось измерять смещения, сопоставимые с диаметром протона.
И здесь могут пригодиться так называемые N00N-состояния фотонов, которые и стали предметом исследования ученых. В этих состояниях возникает суперпозиция пространственных положений не одного фотона, а сразу множества — то есть многофотонный лазерный импульс одновременно находится в двух точках пространства. Проблема заключается в том, что такие состояния очень чувствительны к потерям.
«В нашем эксперименте, который проводился в лаборатории РКЦ, Алиса и Боб (так в физике называют участников обмена квантовыми объектами) создают два запутанных состояния. И посылают одну из частей в среду с потерями, которую в нашем опыте моделирует затемненное стекло. Третий наблюдатель, посередине между Алисой и Бобом, проводит совместное измерение на этих частях. В результате происходит обмен запутанностями: оставшиеся части состояний Алисы и Боба оказываются в состоянии N00N. А поскольку эти части потерь не испытали, они выказывают свои квантовые свойства в полной мере», — комментирует ведущий автор исследования Александр Уланов (научный сотрудник РКЦ и аспирант МФТИ).
По словам ученого, метод измерения расстояний при помощи N00N-состояния фотонов позволяет обеспечить сверхточные измерения дистанций в сотни километров, что вполне удовлетворяет современным требованиям — плечо интерферометра LIGO, например, имеет длину около 4 км.
