Физики МГУ: «квантовый вампир» не боится теплового света

Ученые с кафедры квантовой электроники физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова 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 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» в том, что, если состояние света разделено по нескольким каналам или модам, то отщепление фотона в одном из каналов приводит к его одновременному исчезновению 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).

«При первой демонстрации этого эффекта использовались неклассические состояния света, и его авторы описывали эффект в терминах квантовой перепутанности и нелокальности. 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», — прокомментировал автор статьи, старший научный сотрудник кафедры квантовой электроники Константин Катамадзе.

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. В качестве примера можно взять лампу накаливания. Свет в данном случае называется «тепловым». В своих исследованиях авторы использовали квазитепловое состояние, традиционно получаемое 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. Это позволило продемонстрировать эффект квантового вампира с отщеплением не только одного, но и двух фотонов», — добавил ученый.

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.