Команда физиков из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики разработала квантовую оптическую методику, которая приближает ученых к обнаружению темной материи. Авторы исследования демонстрируют, как использование сжатого света и квантовой запутанности в распределенной сенсорной сети позволяет достичь чувствительности, недоступной классическими методами.
«Классическими методами мы не смогли бы достичь чувствительности, необходимой для детектирования темной материи, — пояснила Клэр Марвинни, ведущий ученый проекта. — Нам нужно квантовое преимущество, так что мы использовали эти два ресурса для улучшения нашего датчика, продемонстрировав убедительные улучшения».
Исследователи применили два квантовых подхода, повышающих уровень чувствительности датчиков: сжатие, уменьшающее квантовый шум ниже классического оптического предела, и запутанность, создающую квантовые корреляции между оптическими пучками. Используя двухмодовый источник сжатого света в конфигурации нелинейного интерферометра, ученые измерили оптические фазовые сдвиги с подавлением квантового шума.
Разработанная схема распределенного зондирования позволяет нескольким оптомеханическим датчикам коллективно детектировать слабые сигналы от взаимодействий темной материи, говорится в пресс-релизе. Поскольку сверхлегкая темная материя ведет себя как волна, массив датчиков получает возможность измерять один и тот же сигнал совместно.
«Темная материя сверхмалой массы подобна волне, и если у вас много датчиков, они будут коллективно взаимодействовать с этой волной темной материи и видеть один и тот же сигнал в том смысле, что все они измеряют один и тот же сигнал, и результат представляет собой среднее значение измерений всех датчиков, — сказал Альберто Марино, руководитель научной группы, обсуждая высокую плотность бозонной темной материи сверхмалой массы. — В таких условиях мы рассматриваем подходы, позволяющие использовать квантовые ресурсы, к примеру, квантовую запутанность, для получения более точных измерений».
Международная команда физиков совершила прорыв, преодолев вековой барьер оптической микроскопии — дифракционный предел, который не позволял свету фокусироваться в пятно меньше его длины волны и, тем самым, делал невозможным наблюдение отдельных атомов.
