Лазер, в котором атомы слушают друг друга ⚡ экспресс
Предложена концепция квантового многочастичного лазера, в котором излучатели когерентно взаимодействуют и коллективно испускают фотоны. Рассмотрена система: резонатор, связанный с множеством накачанных двухуровневых излучателей (спинов 1/2) со все-ко-всем взаимодействием. Обнаружено, что сжатие, индуцированное когерентным многочастичным взаимодействием, может передаваться от спинов к фотонам в процессе сверхизлучательной лазерной генерации. Это демонстрирует возможность использования накачанной квантовой многочастичной системы для создания яркого квантового света с корреляциями, выходящими за рамки обычной оптической когерентности. Результаты открывают перспективы для квантовых технологий и исследований нелинейной оптики в квантовой области.
Обычный лазер подобен хору, где каждый поёт сам по себе — звук громкий, но с неизбежными шероховатостями. В новом квантовом лазере певцы слышат друг друга и выравнивают голоса. Такое согласование снижает энтропию (уровень хаоса) и подавляет квантовый шум — неизбежную дрожь света на микроуровне. В результате получается сжатый свет: неопределённость уменьшается в одном свойстве (например, точности отсчёта времени) за счёт другого (интенсивности). При этом он, как и любой свет, движется со скоростью света.
Такая «зоркость» уже помогает в спектроскопии — расшифровке состава веществ по их свечению. Но самый неожиданный поворот: сжатый свет используют в антеннах гравитационных обсерваторий, где он ловит колебания пространства в тысячи раз тоньше атома. Чарлз Таунс, придумавший первый лазер, не мог вообразить такой квантовой слаженности, а последователи Роя Глаубера воплощают её в жизнь.
🎯 Сжатый свет применяется в детекторах гравитационных волн, таких как LIGO, чтобы улавливать дрожание пространства в тысячи раз меньшее атома.