FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь 2020
176 городов
September – November 2020
312 cities
09-11 октября 2020
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
ноябрь-декабрь 2018
МВДЦ «Сибирь»,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»
21-22 сентября 2018 года
ВКК "Белэкспоцентр"
9-10 ноября 2018 года
Мурманский областной Дворец Культуры
21-22 сентября 2019 года
22-23 октября 2019 года
29-30 ноября 2019 года
7-8 сентября 2019 года
27-29 сентября 2019 года
4-5 октября 2019 года
10-12 октября 2019 года

Учёные МГУ придумали, как различать пучки спутанных фотонов

Учёные физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова разработали метод, позволяющий создавать два пучка спутанных фотонов и измерять задержку между ними. В будущем результаты могут быть использованы в высокоточных измерениях, исследовании материалов и в информационных технологиях. Статья опубликована в журнале Optics Letters. 

В 1966 году профессор кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ Давид Николаевич Клышко открыл эффект параметрического рассеяния света, за что физик и его коллеги позднее были удостоены Государственной премии СССР. Это открытие стало началом квантовой оптики, популярного сегодня раздела физики, изучающего квантовые свойства света. Эффект довольно прост: приходящий в кристалл фотон распадается на два других фотона, сумма частот которых при этом равна первоначальной. Важно, что этот процесс может наблюдаться только в нелинейных кристаллах, в которых частота фотонов может изменяться в процессе рассеяния.

Эффект нашел применение во множестве областей: исследовании самих кристаллов, измерении эффективности фотодетекторов и, собственно, в квантовой оптике, где были продемонстрированы успехи в области квантовой криптографии, квантовых вычислений, а также в красивом эффекте квантовой телепортации. Дело в том, что рождающиеся фотоны оказываются в спутанном состоянии: при измерении поляризации одного фотона, квантовое состояние поляризации второго изменится. Измерение свойств одного фотона «чувствуется» другим моментально, правда, информацию таким способом передавать невозможно.

В недавнем эксперименте учёные МГУ под руководством ведущего научного сотрудника кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ Марии Чеховой попробовали генерировать не отдельные пары спутанных фотонов, а большое их количество — в форме двух мощных пучков из их пар.

«В таком случае у нас коррелируют между собой не отдельные фотоны, а целые пучки. И возникает вопрос: с какой точностью? — поясняет Павел Прудковский, один из соавторов работы. — И если мы задержим один пучок, то вопрос сведётся к тому, насколько надо его задержать, чтобы мы могли заметить это рассогласование».

Для ответа на этот вопрос учёным предстояло заставить фотоны разных частот не разлетаться под разными углами из кристалла, а формировать два пучка света и лететь вместе, параллельно друг другу. Чтобы получить их, кристалл ниобата лития, который обычно используется в таких экспериментах, пришлось выращивать с определённой структурой: наводить в нём дополнительную апериодическую, заранее рассчитанную решётку доменов.

В ходе эксперимента учёные заставили один из двух спутанных пучков фотонов немного задержаться, проходя дополнительный путь, после чего оба пучка попали во второй кристалл — обычный ниобат лития. «В этом кристалле уже происходит сложение частот фотонов, и если пучки приходят синхронно, то сложение происходит эффективнее, чем в других случаях, — пояснил Прудковский. — В результате мы получаем узкий пик в сигнале суммарной частоты. И ширина этого узкого пика — 90 фемтосекунд (10-15 с) — и есть главное достижение».

Таким образом, учёным удалось экспериментально зарегистрировать почти минимально возможный сдвиг между пучками-близнецами спутанных фотонов, который возможно зафиксировать при помощи приборов. По словам учёных, ещё уменьшить эту величину в дальнейшем возможно, однако для этого необходимо усложнить схему эксперимента. «Пока 90 фемтосекунд — это рекордная величина, но она может быть меньше, и мы знаем, что для этого необходимо сделать», — пояснил Прудковский. По его словам, поскольку период волны лазерного излучения составляет единицы фемтосекунд, есть возможность уменьшения длины этой задержки и доведения её до порядка десятка фемтосекунд.

Результаты исследования пригодятся в разработке зашифрованных каналов связи, устойчивых к вмешательству и «прослушке». При попытке перехватить пучок спутанных фотонов злоумышленнику так или иначе придется его задержать, однако это вмешательство не останется незамеченным. Помимо этого, регистрация задержки двух квантово-запутанных пучков может найти применение в определении очень слабых, едва уловимых примесей в веществах.

 

Фото: Фотография картины рассеяния. Источник: Павел Прудковский

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Другие статьи в этой рубрике

Графен в медицине

Ксения Рыкова для ПостНауки

Астрономы поймали длинный гамма-всплеск от взрыва далекой сверхновой

Астрономы смогли достоверно обнаружить новую пару сверхновая—гамма-всплеск в далекой галактике. Подобные открытия позволяют понять связь между этими катаклизмами и более детально разобраться в механизмах генерации гамма-всплесков.

Взрыв сверхновой разложили на этапы

Сверхновые звёзды — основной источник элементов жизни во Вселенной. Существование человечества и всего живого стало возможно благодаря тем химическим элементам, которые были получены в результате взрыва сверхновых звёзд.

Новости в фейсбук

Случайные статьи

10 страхов науки

Есть такая штука — неофобия. Это страх перед чем-то новым. Сильнее всего от нее страдают ученые и изобретатели.

На струйном принтере напечатан новый тип голограмм, который защитит товары от подделок

Прощай, Большой взрыв. Здравствуй, черная дыра?

Может ли знаменитая теория Большого взрыва нуждаться в пересмотре? Группа физиков-теоретиков предполагает, что рождение Вселенной могло произойти в результате того, что четырехмерная звезда коллапсировала в черную дыру и выбросила свои обломки.

Химики синтезировали и изучили кальциевый гидроксиапатит с примесями европия и меди

Сотрудники химического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова провели синтез и разносторонний анализ кальциевого гидроксиапатита, допированного ионами европия и меди.

Грантополучатели РНФ получили премии Правительства Москвы

В Кремлевском дворце состоялась церемония вручения премии правительства Москвы молодым ученым. Исследования большинства лауреатов поддержаны грантами РНФ.