ТАСС, 12 июля. Физики придумали, как за счет "удаления" квантового шума увеличить точность детекторов гравитационных волн. Для этого ученые предлагают использовать квантово-запутанные источники света, рассказал профессор Копенгагенского университета Юджин Ползик, выступая на международной конференции ICQT-2021, которая проходит на этой неделе в Москве.
"Чувствительность гравитационно-волновой обсерватории LIGO вплотную подходит к пределу, который накладывает само существование квантового шума. Благодаря подходу, который мы разработали вместе с коллегами из Российского квантового центра под руководством профессора МГУ Фарида Халили, можно подавить все типы подобных помех", – отметил Ползик.
Детектор LIGO представляет собой гигантский оптический интерферометр. Он может обнаруживать гравитационные волны – колебания пространства–времени, источником которых служат массивные объекты, движущиеся с меняющимся ускорением. Существование таких волн еще более ста лет назад предсказал Альберт Эйнштейн, однако зафиксировать их ученые смогли лишь в сентябре 2015 года.
Для этого LIGO отслеживает малейшие смещения в положении двух зеркал, которые максимально изолированы от окружающей среды. Встроенные в эти зеркала фотосенсоры непрерывно реагируют, как меняется рисунок, возникающий в результате взаимодействия двух лазерных лучей, отраженных от поверхности зеркал. Таким образом можно обнаружить сдвиг зеркала на расстояние, сопоставимое с размером протона. Ученые работают над тем, чтобы сделать детектор еще чувствительнее.
Больше всего помех вносят случайные изменения в положении зеркал, которые связаны с тем, как их атомы взаимодействуют друг с другом и перемещаются в пространстве. Ползик и его коллеги нашли способ избавиться от этих помех, используя наработки, полученные во время опытов по запутыванию квантовых объектов и механических резонаторов.
Ученые выяснили,что подобным образом можно на квантовом уровне соединить два лазерных луча, один из которых используется для работы на LIGO и других детекторах гравитационных волн, а другой взаимодействует с набором атомов, которые находятся в особом квантовом состоянии. Благодаря этому можно отслеживать случайные сдвиги в положении зеркал и корректировать их в автоматическом режиме.
"Гравитационные волны, проходящие через детектор, будут действовать только на зеркала интерферометра, но на не квантовую часть нашей системы. Благодаря этому можно отличать реальные сигналы от случайных колебаний и сдвигов зеркал, связанных с их взаимодействиями с частицами света", – пояснил физик.
По словам Ползика, ученые уже создали прототип подобной системы и проверили ее. Однако использовать ее на LIGO и в других интерферометрах пока нельзя, поскольку для работы с атомами и зеркалами используются лазеры на разных длинах волн, они вырабатывают фотоны с разными свойствами. Недавно российские и европейские физики решили эту проблему: они придумали, как "запутывать" частицы света, которые вырабатывают эти источники.
В ближайшее время, по словам физика, исследователи планируют создать экспериментальную установку, максимально близкую к той, которую можно было бы использовать при работе LIGO. Ее работу ученые планируют проверить с помощью лазерных излучателей, которые вырабатывают примерно те же импульсы света, которые используются в работе детекторов гравитационных волн.
"Наши подходы и идеи могут быть воплощены в жизнь при постройке европейской гравитационной обсерватории Einstein, над планами по созданию которой сейчас активно работают специалисты. Мы надеемся, что прототипы, которые мы уже создали и разработаем в ближайшее время, привлекут внимание коллег из LIGO и убедят их в том, что внедрение подобных систем в их интерферометры существенно увеличит качество наблюдений", – подытожил Ползик.