Свет, сжатый до предела экспресс
Лазерный луч похож на натянутую струну: даже в полной тишине она едва заметно дрожит. Эта дрожь — квантовый шум, и он мешает делать сверхточные измерения. Физики давно ищут способ успокоить струну, и один из них — «сжатие» света: уменьшить дрожь в одном направлении, позволив ей усилиться в другом.
В новой работе учёные взяли кристалл из ниобата лития — материала, который умеет преобразовывать свет, — и пропустили через него лазерный луч. Кристалл сжал свет на 12,1 децибела, то есть уменьшил квантовый шум почти в 16 раз. Это рекорд для такого типа устройств. Раньше мешало то, что сжатый луч не совпадал по форме с опорным лучом, с которым его сравнивают, и часть света терялась.
Чтобы исправить это, учёные поставили на пути опорного луча пространственный модулятор света — устройство, которое может менять форму луча, как глина меняет форму под руками. Модулятором управлял алгоритм машинного обучения: он сам подбирал такую форму, чтобы сжатие было максимальным. Алгоритм использовал двойное отражение, чтобы получить больше возможностей для подстройки.
В итоге луч и опорный сигнал совпали почти идеально, и потери света упали. Теперь сжатый свет можно использовать в детекторах гравитационных волн, где важна каждая частица света. А ещё — в квантовых компьютерах и системах связи, где шум — главный враг.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2603.02744
We demonstrate the generation of $$12.1 \pm 0.2$$ dB squeezed light from a periodically poled lithium niobate (PPLN) waveguide optical parametric amplifier (OPA). While single-pass OPAs offer squeezed light with THz-order bandwidths, loss from spatial mode mismatch between the squeezed light and the local oscillator (LO) previously capped the squeezing level at $$\sim$$10 dB [K. Hirota et al., Opt. Express 34, 7958 (2026)]. In this work, we minimize this loss by introducing a machine-learning-optimized spatial light modulator (SLM) in the path of the LO. Specifically, we employed a double-reflection configuration to increase the spatial degrees of freedom, and directly used the measured squeezing level as the optimization's objective function.
Сжатый свет уже помогает детектору гравитационных волн LIGO слышать колебания пространства в тысячу раз тоньше протона.
В сериале «Экспансия» сверхточные лазерные измерения позволяют кораблям находить путь в хаосе космоса — сжатый свет мог бы стать их глазами.