Ученые лаборатории квантовых оптических технологий впервые получили и с высокой точностью измерили тепловые состояния света с отщеплением 10 фотонов.

Группа ученых из физического факультета МГУ и Физико-технологического института РАН разработала действующую установку, позволяющую в разы увеличить чувствительность интерферометров со слабыми тепловыми полями. Результаты работы опубликованы в журнале Physical Review A. Исследование расширяет возможности по управлению светом на квантовом уровне.

Операторы рождения и уничтожения фотонов – это базовые операторы квантовой физики и их экспериментальная реализация представляет как фундаментальный, так и практический интерес. С их помощью, на пример, можно увеличить перепутанность световых полей, а также усилить их без добавления шума. Последнее свойство применимо даже к классическим тепловым полям, поэтому многократное отщепление фотонов позволяет в несколько раз повысить чувствительность интерференционных схем.

 «Основная цель работы — разработать простой для реализации метод отщепления достаточно большого заданного числа фотонов», — рассказал один из авторов исследования Константин Катамадзе, старший научный сотрудник кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ.

Для создания устройства ученые использовали обычный гелий-неоновый лазер, вращающийся матовый диск, модулирующий случайным образом амплитуду и фазу лазерного излучения, чтобы превратить его в тепловое, а также светоделитель с однофотонным детектором, расположенным в отраженном канале, сигналы с которого определяют количество отщепленных фотонов.

«Ключевая особенность эксперимента состоит в том, что мы подобрали временные параметры теплового излучения таким образом, чтобы один детектор мог последовательно зафиксировать несколько фотонов, отщепленных от одного и того же квантового состояния света», — пояснил ученый.

Также необходимо отметить, что специально для этой задачи коллегами из ФТИАН РАН был разработан метод статистической обработки экспериментальных данных, который позволил восстановить приготовленные квантовые состояния с рекордной точностью.

Разработанный метод может быть в дальнейшем использован для отщепления и добавления фотонов к неклассическим состояниям света, что безусловно найдет применение в задачах квантовой информации и квантовой метрологии.