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.
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.