Физика

«Квантового вампира» засекли и в классической системе

«Квантового вампира» засекли и в классической системе

Pxhere

Российские ученые проверили новый квантовый эффект под названием «квантовый вампир». Его суть заключается в том, что если попытаться уничтожить фотон в какой-то одной части пучка света, то он равномерно «высосется» изо всех его частей, и таким образом на экране, куда падает свет, не возникнет никакой тени. Ранее считалось, что такого эффекта можно достичь только в случае квантовых состояний света. Исследователи опровергли эту теорию и продемонстрировали, что эффект работает и для классических тепловых состояний. Результаты работы были опубликованы в журнале Optica.

Принцип действия эффекта «квантового вампира» состоит в том, что, если состояние света разделено по нескольким каналам или модам, то отщепление фотона в одном из каналов приводит к тому, что он одновременно исчезает во всех остальных. Например, когда фотон отщепляется лишь из центра широкого пучка, то энергия проседает одновременно во всем пучке, что можно интерпретировать, как отсутствие тени. Отсюда и название эффекта — оно дано по аналогии с фольклорными вампирами, которые, согласно поверьям, не отбрасывают тени. Этот эффект группа физиков из Российского квантового центра под руководством Александра Львовского открыла в 2015 году.

«При первой демонстрации этого эффекта использовались неклассические состояния света, и его авторы описывали эффект в терминах квантовой перепутанности и нелокальности, — комментирует соавтор статьи Константин Катамадзе. — Наша группа теоретически и экспериментально показала, что этот эффект может также работать и для классических тепловых состояний света. Это показывает, что эффект основан не на квантовой перепутанности, а на классических корреляциях».

Ранее для экспериментов выбирали фоковские состояния. Это значит, что в каждой моде было фиксированное количество фотонов. Но в любом реальном источнике число фотонов в пучке может отклоняться от ожидаемого среднего. Сильнее всего такие колебания наблюдаются при излучениях, происходящих за счет тепловых процессов, то есть, например, от лампы накаливания или Солнца. Свет в данном случае называется «тепловым». В новом исследовании авторы использовали квазитепловое состояние, которое традиционно получают с помощью пропускания лазерного излучения через вращающийся матовый диск.

Схема экспериментальной установки, демонстрирующей эффект «квантового вампира» для квазитепловых состояний света.

Схема экспериментальной установки, демонстрирующей эффект «квантового вампира» для квазитепловых состояний света.

Katamadze et al./Optica

«Как и в предыдущей нашей работе, мы подбирали скорость вращения матового диска таким образом, чтобы время прохождения его зерна через лазерный пучок было много больше, чем мертвое время фотонного детектора, — добавил Катамадзе. — Это позволило продемонстрировать эффект квантового вампира с отщеплением не только одного, но и двух фотонов».

Исследования показали, что эффект «квантового вампира» не совсем квантовый: его реализация возможна и в рамках классической физики и статистики. Это с одной стороны, заставляет усомниться в его квантовой природе, а с другой — делает его доступным для более широкого круга экспериментаторов.

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

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.