• Julia Borisova

Портативная система снизит квантовый шум при комнатной температуре

Дата и время публикации: 08 июля 2020 14:40

Новая разработка ученых позволит снизить квантовый шум лазерного излучения. Это повысит качество квантовых вычислений.

Физики из Массачусетского технологического института разработали «квантовый сжиматель», который снижает квантовый шум лазерного луча на 15 %. Это первая в мире система подобного рода, способная работать при комнатной температуре.


Квантовый сжиматель снизит квантовый шум на 15%

Лазерное излучение – это узкосфокусированный поток излучения, в котором однако, наблюдаются беспорядочные флуктуации, которые физики называют «дробовой шум». К пример, количество фотонов лазерного излучения, достигающий детектора в каждый момент времени различно, но находится в небольшом разбросе относительно среднего значения. Кроме того, время, за которое фотоны достигают детектора зависит от их фазы, и это время также различно. Но флуктуации времени невелики относительно среднего значения.

Обе эти величины – количество фотонов и время – определяют точность лазерных измерений. Однако, согласно принципу неопределенности Гейзенберга невозможно одновременно знать положение и момент квантовых частиц, то есть мы не можем никогда точно узнать количество фотонов и время, за которое они достигнут детектора.

Ученые решили использовать эффект квантового сжатия, создав оптомеханическую систему, состоящую из зеркал, которые могут смещаться на небольшой угол под влиянием лазерного излучения. Зеркало смещается на угол, пропорциональный количеству фотонов, падающих на это зеркало в данный момент времени.

И хотя такая система не позволяет определить точные значения параметров – количество фотонов и время – но она позволяет выявить взаимосвязь между двумя этими квантовыми свойствами, и поэтому можно снизить неопределенность и квантовый шум.

До настоящего времени подобные оптомеханические системы работали только при охлаждении до криогенных температур, поскольку при комнатных температурах температурный шум влиял на подвижные части системы.

Ученым из МТИ впервые удалось создать портативное устройство подобного рода, работающее при комнатной температуре. Внутри устройства крошечное зеркало шириной 70 мкм из чередующихся слоев арсенида галлия и алюминизированного арсенида галлия. Оба эти материала имеют жесткую атомную структуру, которая предотвращает рассеивание или потери энергии при комнатных температурах.

Это крошечное зеркало подвешено на кронштейн длиной 55 мкм. Форма кронштейна и зеркала также изготовлена таким образом, чтобы обеспечить минимальное поглощение тепловой энергии. Зеркало и кронштейн были изготовлены сотрудниками предприятия Crystalline Mirror Solutions.

Система была экспериментально протестирована, и результаты измерений позволили ученым идентифицировать и, как следствие, снизить квантовый шум на 15 %.

Благодаря этой разработке оптомеханические «квантовые сжиматели» станут более практичными.

Читайте далее: квантовые флуктуации сдвинули зеркало весом 40 кг

#квантовыйшум

#квантовыетехнологии

#квантовыйсжиматель

#новостиквантовыхтехнологий

Подписаться на новости SCDAILY