Для гравитационно-волновых обсерваторий создали «квантовый расширитель»

Группа ученых из Гамбургского университета и Калифорнийского технологического института предложила новый подход, позволяющий расширить диапазон обнаружения гравитационных волн. Статья об открытии опубликована в журнале Light: Science & Applications.

Лазерный луч в оптических резонаторах длиной до 4 км впервые позволил наблюдать гравитационные волны от систем бинарных черных дыр и нейтронных звезд. Однако из-за довольно низкой полосы пропускания оптической резонаторной системы оказывается невозможно получить интересные сигналы на частотах выше нескольких сотен герц. Такая информация дала бы доступ к физике нейтронных звезд, позволив изучить сверхплотную квантовую материю и, возможно, найти недостающее звено между гравитацией и квантовой физикой.

В новой работе исследователи предлагают идею «квантового расширителя». Он сжимает квантовую неопределенность лазерного луча — то есть снижает неопределенность амплитуды, увеличивая неопределенность фазы согласно соотношению Гейзенберга. Это позволяет обнаруживать сигнал с меньшими амплитудами. И хотя такое сжатие перед внедрением в квантовую систему используется в обсерваториях с апреля этого года, новое дополнение улучшит отношение сигнал — шум в килогерцовом диапазоне, не ухудшая существующую высокую производительность на более низких частотах.

Ученые предлагают разместить нелинейный кристалл внутри так называемой полости рециркуляции сигналов и накачать этот кристалл лазерным лучом зеленого цвета, длина волны которого в два раза меньше используемого в обсерватории пучка. Взаимодействие между накачкой и основным светом приводит к сжатию неопределенности амплитуды основного лазера.

На этом новом устройстве, помимо прочего, можно использовать существующие методы подавления квантового шума. Оно внутренне стабильно и не требует значительных изменений в строении обсерваторий. Что действительно требуется, так это дальнейшее улучшение качества оптических компонентов для снижения потерь фотонов. Созданный учеными «расширитель» может найти применение за пределами обнаружения гравитационных волн в областях квантовой метрологии и квантовой оптомеханики.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.