Przedstawiciele Uniwersytetu Cornell oraz MIT połączyli siły, by ograniczyć zakłócenia i uzyskać aż 30-krotnie obniżony poziom szumu lasera. Poprawa ta nastąpiła przy jednoczesnym utrzymaniu wysokich natężeń szczytowych, o czym teraz członkowie zespołu badawczego piszą w artykułu, który trafił do Nature Photonics.
Czytaj też: Zagadka karbinu w najmniejszej skali wreszcie rozwikłana. To klucz do czujników kwantowych
Najważniejszym wnioskiem płynącym z tej publikacji jest to, że powstała niezawodna metoda przekształcania laserów cechujących się silnymi fluktuacjami w stabilne wiązki, co powinno być przełomowe dla technologii fotonicznych. Takowe wymagają nie tylko dużej mocy (osiągalnej już wcześniej), ale też imponującej precyzji, którą udało się zapewnić dopiero teraz.
Takie lasery są stosowane w nauce, przemyśle i medycynie, dlatego potrzeba było sposobów na zwiększanie ich mocy przy jednoczesnym ograniczeniu wspomnianych zakłóceń. Dopiero jednoczesna stabilność i wysoka moc byłaby kluczem do sukcesu. Jak wyjaśniają fizycy związani z tematem, wykorzystany przez nich stan kwantowy nie ma klasycznego odpowiednika.
Celem fizyków ze Stanów Zjednoczonych było sprawienie, że moc laserów utrzyma się na wysokim poziomie, ale jednocześnie zredukowane zostaną zakłócenia w postaci szumów. Aby tego dokonać, musieli posłużyć się kwantową magią
Dzieje się tak, dlatego że fluktuacje liczby fotonów spadają poniżej podstawowego limitu narzuconego przez mechanikę kwantową. Kluczową rolę w tym zakresie odgrywają tzw. korelacje kwantowe odporne na szum. Zaczęło się od wyemitowania impulsów laserowych, które przeszły przez nieliniowe włókno optyczne. W takim materiale dochodzi do mieszania, po którym do wyboru najbardziej stabilnych kombinacji dochodzi dzięki programowalnemu filtrowi widmowemu.
Czytaj też: Grafit zachowuje się wbrew prawom fizyki. Naukowcy potwierdzili fenomen
Dzięki takiemu zabiegowi w niektórych przypadkach doszło do 30-krotnej redukcji szumu w porównaniu do pierwotnej wiązki. Poddane filtracji światło zachowało przy tym wysokie natężenia szczytowe na poziomie 0,1 terawata na centymetr kwadratowy. Osiągnięte postępy powinny mieć przełożenie na pojawienie się większej liczby źródeł laserowych, które posłużyłyby do generowania światła kwantowego. Lasery o dużej mocy, które będą pozbawione szumów (a dokładniej rzecz ujmując, będą one zredukowane do jak najmniejszego poziomu) mogłyby sprawdzić się również w kontekście wzmacniania sygnałów stosowanych w komunikacji na duże odległości.