• Yulia Mi

Квантовые флуктуации сдвинули зеркало весом 40 кг

Пост обновлен июль 31

Дата и время публикации: 03.07.2020 09:15


Новое исследование ученых показало, что зеркала LIGO весом в 40 кг могут перемещаться под влиянием квантового шума.


Зеркала лаборатории LIGO

Команда ученых из лаборатории LIGO Массачусетского технологического института измерила влияние квантовых флуктуаций на макрообъекты. В статье, опубликованной 1 июля 2020 года в журнале Nature, исследователи сообщили о том, что квантовые флуктуации не смотря на свой размер могут воздействовать на зеркало весом в 40 кг обсерватории LIGO, вызывая его небольшое смещение, которое даже удалось измерить.

Квантовый шум повлек за собой смещение детекторов LIGO на величину 10^(-20) метра. Именно такая величина была рассчитана квантовыми механиками для объектов такого размера.

«Диаметр атома водорода равен 10^(-10) метра, то есть смещение зеркал настолько мало по отношению к атому водорода, насколько атом водорода мал по отношению к нам. Но мы смогли его измерить», - говорит ученый-исследователь Ли Мак-Каллер из МТИ.

Для измерений ученые использовали специально разработанный инструмент, названный «квантовый сжиматель».

Лаборатория LIGO была создана для обнаружения гравитационных волн, поступающих от космических источников, находящихся на расстоянии миллиардов световых лет. Для этого было установлено два детектора: один в Ханфорде, другой – в Ливингстоне. Каждый детектор представляет собой интерферометр L-формы из двух туннелей длиной 4 км. На конце туннелей – то самое зеркало весом 40 кг.


Детекторы лаборатории LIGO

Чтобы зафиксировать гравитационные волны, лазер посылает свет внутрь туннеля. Достигнув зеркала, свет отражается и возвращается обратно в стартовую точку. Если гравитационные волны отсутствуют, то свет возвращается одновременно в обеих детекторах. При прохождении гравитационных волн на короткое время меняется положение зеркал, поэтому время прохождения двух туннелей отличается.

Группа исследователей из МТИ решила проверить, будут ли зеркала LIGO чувствительны к другим весьма тонким эффектам, например, к квантовым флуктуациям.

И оказалось, что «квантовые флуктуации лазерного излучения могут вызвать давление излучения, достаточное, чтобы сместить объект», как утверждает Ли Мак-Каллер.

Квантовый сжиматель

Чтобы проверить, оказывают ли квантовые флуктуации влияние на массивные зеркала, команда ученых использовала инструмент квантового сжатия.

Сначала был измерен общий уровень шума, включая квантовый шум и «классический» шум. Затем, включив «квантовый сжиматель» и настроив его на квантовые флуктуации, удалось усилить квантовое влияние на зеркало. Выделив «классический» шум из полученных данных, ученые измерили чистое влияние квантового шума.

«Удивительно видеть, что квантовый шум может влиять на что-то настолько большое», - объясняет один из соавторов работ.

Принцип действия «квантового сжимателя» основан на неопределенности Гейзенберга. Поскольку мы не можем точно знать фазу и амплитуду квантового шума, то сужая неопределенность фазы, мы увеличиваем неопределенность амплитуды. «Сжимая» квантовый шум под различными углами, можно получить различные пропорции фазы и амплитуды. Тестируя свою идею, ученые смогли выявить корреляции между различными пропорциями квантового шума лазера и смещения зеркал.

Теперь ученых заинтересовал вопрос, смогут ли они использовать «квантовый сжиматель» для снижения влияния квантового шума.

Читайте далее: разработан способ создания квантово-запутанных электронных пар.

#новостиквантовыйкомпьютер

#квантовыетехнологии

#квантовыефлуктуации

Подписаться на новости SCDAILY