Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) с 2015 года ведет наблюдение за гравитационными волнами, возникающими в космосе в результате столкновения черных дыр или нейтронных звезд. Точность измерений LIGO зависит от способности измерять растяжение и сжатие ткани пространства-времени с помощью весов, в 10 000 триллионов раз меньших, чем человеческий волос.
Совершив значимый прорыв в квантовой технологии «сжатия», сотрудники обсерватории смогли преодолеть предел, положенный законами квантовой физики, и измерить волнообразные движения в пространстве-времени по всему диапазону частот гравитационных волн, которые воспринимает LIGO.
Законы квантовой физики диктуют, что частицы, в том числе, фотоны, создают квантовый шум, который снижает уровень точности лазерных измерений. Квантовое сжатие — это метод, позволяющий приглушить этот шум или, точнее, переместить его из одного места в другое, чтобы произвести более точные замеры.
Термин «сжатие» относится к тому факту, что светом можно манипулировать, как воздушным шариком. Если сжать его в одном месте, в другом возникнет пузырь воздуха. Свет тоже можно сжать, чтобы одно из его свойств стало более точным, но тогда другое станет более неопределенным, согласно принципу неопределенности. С 2019 года двойные детекторы LIGO сжимают свет таким образом, чтобы повысить чувствительность гравитационных волн. Но в то время как измерения на высоких частотах становятся более точными, на низких ситуация обратная.
Решением этой проблемы стало применение частотно-зависимых оптических полостей — трубок длиной около 300 метров, которые позволяют сжимать свет различным образом, в зависимости от частоты интересующих астрономов гравитационных волн. Все это сокращает помехи по всей частоте наблюдений LIGO. Так что теперь ученым нет нужды выбирать, где жертвовать точностью.
Новая технология «частотно-зависимого сжатия», о которой пишет MIT News, применяется обсерваторией LIGO с мая этого года. Это значит, что теперь детекторы могут принимать больше сигналов Вселенной и могут обнаружить примерно на 60% больше слияний сверхмассивных объектов, чем раньше.
Кроме того, полученный опыт может пригодиться для создания квантовых компьютеров и другой микроэлектроники, а также для экспериментов в области фундаментальной физики.
Источник: https://hightech.plus/