|
Разрабатывают новый путь к квантовому свету
|
|
|
|
Исследователи выдвинули теорию о новом механизме генерации высокоэнергетического «квантового света», который можно использовать для исследования новых свойств материи на атомном уровне. Исследователи из Кембриджского университета вместе с коллегами из США, Израиля и Австрии разработали теорию, описывающую новое состояние света, обладающее управляемыми квантовыми свойствами в широком диапазоне частот, вплоть до частот рентгеновского излучения. Их результаты опубликованы в журнале Nature Physics. Мир, который мы наблюдаем вокруг себя, можно описать в соответствии с законами классической физики, но как только мы наблюдаем вещи в атомном масштабе, странный мир квантовой физики вступает во владение. Представьте себе баскетбольный мяч: наблюдая за ним невооруженным глазом, баскетбольный мяч ведет себя по законам классической физики. Но атомы, из которых состоит баскетбольный мяч, ведут себя в соответствии с квантовой физикой.
|
|
|
|
«Свет не является исключением: от солнечного света до радиоволн, его в основном можно описать с помощью классической физики», — сказала ведущий автор доктор Андреа Пицци, которая проводила исследование, работая в Кембриджской Кавендишской лаборатории. «Но на микро- и наноуровне начинают играть роль так называемые квантовые флуктуации, и классическая физика не может их объяснить». Пицци, который в настоящее время работает в Гарвардском университете, работал с группой Идо Каминера в Израильском технологическом институте Технион и коллегами из Массачусетского технологического института и Венского университета над разработкой теории, предсказывающей новый способ управления квантовой природой света.
|
|
|
«Квантовые флуктуации усложняют изучение квантового света, но при этом делают его более интересным: при правильном проектировании квантовые флуктуации могут быть ресурсом», — сказал Пицци. «Управление состоянием квантового света может позволить использовать новые методы в микроскопии и квантовых вычислениях». В одном из основных методов генерации света используются мощные лазеры. Когда достаточно мощный лазер направлен на группу излучателей, он может оторвать часть электронов от излучателей и возбудить их. В конце концов, некоторые из этих электронов рекомбинируют с эмиттерами, из которых они были извлечены, и поглощенная ими избыточная энергия высвобождается в виде света. Этот процесс превращает низкочастотный входной свет в высокочастотное выходное излучение.
|
|
|
|
«Предполагалось, что все эти излучатели независимы друг от друга, что приводит к выходному свету, в котором квантовые флуктуации довольно невыразительны», — сказал Пицци. «Мы хотели изучить систему, в которой излучатели не независимы, а коррелированы: состояние одной частицы говорит вам что-то о состоянии другой. В этом случае выходной свет начинает вести себя совсем по-другому, а его квантовые флуктуации становятся высокоструктурированными и потенциально более полезным." Чтобы решить проблему этого типа, известную как проблема многих тел, исследователи использовали комбинацию теоретического анализа и компьютерного моделирования, где выходной свет от группы коррелированных излучателей можно было описать с помощью квантовой физики.
|
|
|
|
Теория, разработку которой возглавляли Пицци и Алексей Горлах из Техниона, демонстрирует, что управляемый квантовый свет может генерироваться коррелированными излучателями с мощным лазером. Этот метод генерирует выходной свет высокой энергии и может быть использован для разработки квантово-оптической структуры рентгеновских лучей. «Мы месяцами работали над тем, чтобы сделать уравнения все чище и чище, пока не дошли до того, что смогли описать связь между выходным светом и входными корреляциями всего одним компактным уравнением. Как физик я нахожу это прекрасным», — сказал он. Пицци. «Заглядывая вперед, мы хотели бы сотрудничать с экспериментаторами, чтобы обеспечить проверку наших предсказаний. Что касается теории, наша работа предлагает системы многих тел в качестве ресурса для генерации квантового света, концепцию, которую мы хотим исследовать более широко. , помимо установки, рассматриваемой в этой работе».
|
|
|
|
Источник
|
