09.07.18

«Квантового вампира» засекли и в классической системе

Российские ученые проверили новый квантовый эффект под названием «квантовый вампир». Его суть заключается в том, что если попытаться уничтожить фотон в какой-то одной части пучка света, то он равномерно «высосется» изо всех его частей, и таким образом на экране, куда падает свет, не возникнет никакой тени. Ранее считалось, что такого эффекта можно достичь только в случае квантовых состояний света. Исследователи опровергли эту теорию и продемонстрировали, что эффект работает и для классических тепловых состояний. Результаты работы были опубликованы в журнале Optica.

Принцип действия эффекта «квантового вампира» состоит в том, что, если состояние света разделено по нескольким каналам или модам, то отщепление фотона в одном из каналов приводит к тому, что он одновременно исчезает во всех остальных. Например, когда фотон отщепляется лишь из центра широкого пучка, то энергия проседает одновременно во всем пучке, что можно интерпретировать, как отсутствие тени. Отсюда и название эффекта – оно дано по аналогии с фольклорными вампирами, которые, согласно поверьям, не отбрасывают тени. Этот эффект группа физиков из Российского квантового центра под руководством Александра Львовского открыла в 2015 году.

«При первой демонстрации этого эффекта использовались неклассические состояния света, и его авторы описывали эффект в терминах квантовой перепутанности и нелокальности, — комментирует соавтор статьи Константин Катамадзе. – Наша группа теоретически и экспериментально показала, что этот эффект может также работать и для классических тепловых состояний света. Это показывает, что эффект основан не на квантовой перепутанности, а на классических корреляциях».

Ранее для экспериментов выбирали фоковские состояния. Это значит, что в каждой моде было фиксированное количество фотонов. Но в любом реальном источнике число фотонов в пучке может отклоняться от ожидаемого среднего. Сильнее всего такие колебания наблюдаются при излучениях, происходящих за счет тепловых процессов, то есть, например, от лампы накаливания или Солнца. Свет в данном случае называется «тепловым». В новом исследовании авторы использовали квазитепловое состояние, которое традиционно получают с помощью пропускания лазерного излучения через вращающийся матовый диск.

«Как и в предыдущей нашей работе, мы подбирали скорость вращения матового диска таким образом, чтобы время прохождения его зерна через лазерный пучок было много больше, чем мертвое время фотонного детектора, – добавил Катамадзе. – Это позволило продемонстрировать эффект квантового вампира с отщеплением не только одного, но и двух фотонов».

Исследования показали, что эффект «квантового вампира» не совсем квантовый: его реализация возможна и в рамках классической физики и статистики. Это с одной стороны, заставляет усомниться в его квантовой природе, а с другой – делает его доступным для более широкого круга экспериментаторов.

 

Читайте также