Ученые из «Росатома» и Российского квантового центра разработали компактную интегральную конструкцию, генерирующую интенсивный световой поток и способную значительно улучшить восприимчивость датчиков. Это открытие может стать ключевым этапом в создании масштабируемых квантовых компьютеров. О достижении в сфере фотонных квантовых технологий сообщил кандидат физико-математических наук Дмитрий Александрович Чермошенцев, возглавляющий научную группу «Росатом Квантовые технологии» и являющийся руководителем научной группы при Российском квантовом центре.

Классические оптические измерения ограничены базовым квантовым пределом – дробовым шумом, обусловленным принципом неопределенности Гейзенберга. Невозможно с абсолютной точностью определить амплитуду и фазу электромагнитного поля: уменьшение неточности в одной характеристике неизбежно приводит к увеличению ее величины в другой. В пространстве фаз это ограничение обычно представляется окружностью, внутри которой находится любое возможное значение. Технология сжатого света позволяет перераспределить эти неопределенности – окружность трансформируется в эллипс, снижая уровень шума в одной из квадратур ниже стандартного квантового предела.

«По сути, мы находим способ обойти это фундаментальное ограничение, немного «обманывая» природу. Мы увеличиваем неточность при измерении одного параметра, что вынуждает второй параметр уменьшить свой шум. Работая с параметром, неопределенность которого была увеличена, можно выйти за рамки дробового шума», – объяснил Д.А. Чермошенцев.

Ключевым достоинством данной методики является то, что повышение эффективности достигается не увеличением интенсивности светового потока, а путем модификации квантовых свойств самого излучения. Этот момент имеет решающее значение в ситуациях, когда воздействие мощного сигнала может привести к повреждению объекта исследования – например, при выявлении фармацевтических препаратов в биологических образцах или определении состава крови. В настоящее время существуют микроскопы для изучения живых организмов, использующие сфокусированный свет, а наиболее известным примером применения этой технологии является детектор гравитационных волн. LIGO, который фиксирует сигналы от столкновения черных дыр. Также на основе подобных состояний возможно создание квантовых вычислительных машин с непрерывными переменными.