Российские физики создали сверхточную «квантовую линейку»

Физики из Российского квантового центра, МФТИ, ФИАНа и парижского Института оптики придумали метод создавать особое состояние квантовой запутанности, которое позволяет получить сверхточную линейку, способную измерять расстояние в сотни километров с точностью до миллиардных долей метра. Результаты исследований опубликованы в престижном научном журнале Nature Communications.

Предметом исследований стали так называемые N00N-состояния фотонов, в которых возникает суперпозиция пространственных положений не одного фотона, а сразу множества. То есть многофотонный лазерный импульс одновременно находится в двух точках пространства.

Эти состояния могут иметь большое значение для метрологии, точнее для резкого улучшения возможностей оптических интерферометров, например, для тех, что использовались для открытия гравитационных волн в рамках проекта LIGO.

В оптических интерферометрах лучи лазера, приходящие от двух зеркал, «смешиваются» друг с другом, и возникает интерференция – волны света, накладываясь, либо гасят друг друга, либо усиливают – в зависимости от точного положения зеркал. Это позволяет измерять их микроскопические смещения, потому что расстояние между полосами равно длине волны – примерно 0,5–1 микрона. Однако для многих экспериментов нужна еще более высокая точность. Например, для обнаружения гравитационных волн требовалось измерять смещения, сопоставимые с диаметром протона.

И здесь могут пригодиться N00N-состояния, поскольку при интерференции они создают полосы, расстояния между которыми много меньше длины волны. Соответственно, повышается и точность измерения расстояний.

По его словам, уровень потерь в этом стекле соответствовал толще атмосферы примерно в 50 километров, а в целом этот метод позволяет обеспечить сверхточные измерения дистанций в сотни километров, что вполне удовлетворяет современным требованиям – плечо интерферометра LIGO, например, имеет длину около 4 километров.