Исследователи из Имперского колледжа Лондона, Оксфордского университета, Университета Ватерлоо, Университета Лидса и Университета Копенгагена продемонстрировали удивительное явление в области квантовой физики. Они обнаружили, что измерение отсутствия рассеянных фотонов — фактически «измерение ничего» — может уменьшить колебательное движение (звуковые волны) в крошечной стеклянной микросфере ниже комнатной температуры.
Объектом исследования выступила стеклянная микросфера, всего в четыре раза шире человеческого волоса. Эта микросфера функционирует как «резонатор шепчущей галереи» — термин, происходящий от знаменитой Шепчущей галереи в соборе Святого Павла в Лондоне, где звук может циркулировать вдоль стен. В экспериментальной установке микросфера непрерывно отражает и удерживает как световые, так и высокочастотные звуковые волны вокруг своей окружности достаточно долго, чтобы они могли взаимодействовать между собой. Благодаря этому удержанию, световые и звуковые волны становятся коррелированными, делая измерения света информативными о состоянии звука.
Команда из Квантовой измерительной лаборатории Имперского колледжа Лондона использовала однофотонные детекторы для измерения того, был ли рассеян ровно один фотон или ни одного фотона звуковой волной в каждый момент времени. Удивительно, но когда фотоны не обнаруживались (событие «нулевого фотона»), последующие независимые измерения показывали, что звуковые волны в микросфере становились «тише» обычного — то есть движение охлаждалось. И наоборот, когда обнаруживался одиночный фотон, звуковые волны становились «громче».
Эван Крайер-Дженкинс, один из соавторов исследования, отметил: «Этот результат, безусловно, был удивительным поначалу. Однако он имеет смысл... информация, полученная от измерения, позволяет дополнительно охладить состояние звуковой волны».
Джек Кларк, еще один соавтор, добавил: «Хотя на первый взгляд это кажется нелогичным, обновление наших знаний о мире после того, как мы заметили, что чего-то нет, на самом деле является чем-то, что мы делаем каждый день...»
Исследование было опубликовано в двух научных журналах: Physical Review Letters и Physical Review A. Более того, предварительная публикация работы на arXiv была отмечена журналом New Scientist и стала подзаголовком на обложке печатного выпуска.
Арджун Гупта, также соавтор исследования, подчеркнул: «Квантовое измерение — это увлекательная тема, и я уверен, что впереди нас ждут дальнейшие открытия».
Кайл Мейджор, еще один из соавторов, отметил практическое значение открытия: «Использование детектирования нулевых фотонов для охлаждения квантовых систем до их основного состояния поможет в разработке квантовых компьютеров и квантовых сетей... было здорово увидеть, как предварительная публикация нашего исследования была подхвачена New Scientist и стала подзаголовком на обложке печатного журнала».
Метод охлаждения, основанный на измерениях, развивает традиционные методы лазерного охлаждения (обычно применяемые к атомам и ионам), чтобы продвинуть охлаждение за пределы типичных ограничений, используя детектирование «отсутствия фотонов».
Главный исследователь Майкл Р. Ваннер из Квантовой измерительной лаборатории Имперского колледжа Лондона подвел итог: «Эти результаты являются важной вехой для нашей команды и предоставляют мощную новую технику для управления квантовыми системами. Мы рады видеть, как детектирование нулевых фотонов поможет работе нашей лаборатории и более широкому научному сообществу».
Центральное открытие исследования заключается в том, что даже отсутствие рассеянного фотона (детектирование нулевого фотона) представляет собой информативное измерение, позволяющее усилить охлаждение колебательного движения, демонстрируя новый метод управления квантовыми системами.
Изображение носит иллюстративный характер
Объектом исследования выступила стеклянная микросфера, всего в четыре раза шире человеческого волоса. Эта микросфера функционирует как «резонатор шепчущей галереи» — термин, происходящий от знаменитой Шепчущей галереи в соборе Святого Павла в Лондоне, где звук может циркулировать вдоль стен. В экспериментальной установке микросфера непрерывно отражает и удерживает как световые, так и высокочастотные звуковые волны вокруг своей окружности достаточно долго, чтобы они могли взаимодействовать между собой. Благодаря этому удержанию, световые и звуковые волны становятся коррелированными, делая измерения света информативными о состоянии звука.
Команда из Квантовой измерительной лаборатории Имперского колледжа Лондона использовала однофотонные детекторы для измерения того, был ли рассеян ровно один фотон или ни одного фотона звуковой волной в каждый момент времени. Удивительно, но когда фотоны не обнаруживались (событие «нулевого фотона»), последующие независимые измерения показывали, что звуковые волны в микросфере становились «тише» обычного — то есть движение охлаждалось. И наоборот, когда обнаруживался одиночный фотон, звуковые волны становились «громче».
Эван Крайер-Дженкинс, один из соавторов исследования, отметил: «Этот результат, безусловно, был удивительным поначалу. Однако он имеет смысл... информация, полученная от измерения, позволяет дополнительно охладить состояние звуковой волны».
Джек Кларк, еще один соавтор, добавил: «Хотя на первый взгляд это кажется нелогичным, обновление наших знаний о мире после того, как мы заметили, что чего-то нет, на самом деле является чем-то, что мы делаем каждый день...»
Исследование было опубликовано в двух научных журналах: Physical Review Letters и Physical Review A. Более того, предварительная публикация работы на arXiv была отмечена журналом New Scientist и стала подзаголовком на обложке печатного выпуска.
Арджун Гупта, также соавтор исследования, подчеркнул: «Квантовое измерение — это увлекательная тема, и я уверен, что впереди нас ждут дальнейшие открытия».
Кайл Мейджор, еще один из соавторов, отметил практическое значение открытия: «Использование детектирования нулевых фотонов для охлаждения квантовых систем до их основного состояния поможет в разработке квантовых компьютеров и квантовых сетей... было здорово увидеть, как предварительная публикация нашего исследования была подхвачена New Scientist и стала подзаголовком на обложке печатного журнала».
Метод охлаждения, основанный на измерениях, развивает традиционные методы лазерного охлаждения (обычно применяемые к атомам и ионам), чтобы продвинуть охлаждение за пределы типичных ограничений, используя детектирование «отсутствия фотонов».
Главный исследователь Майкл Р. Ваннер из Квантовой измерительной лаборатории Имперского колледжа Лондона подвел итог: «Эти результаты являются важной вехой для нашей команды и предоставляют мощную новую технику для управления квантовыми системами. Мы рады видеть, как детектирование нулевых фотонов поможет работе нашей лаборатории и более широкому научному сообществу».
Центральное открытие исследования заключается в том, что даже отсутствие рассеянного фотона (детектирование нулевого фотона) представляет собой информативное измерение, позволяющее усилить охлаждение колебательного движения, демонстрируя новый метод управления квантовыми системами.
