В новой статье в Physical Review X исследователи представляют метод устранения квантового обратного воздействия в упрощенной системе с использованием зеркала размером с человеческий волос и показывают, что движение зеркала уменьшается в соответствии с теоретическими предсказаниями. Исследование поддержано Национальным научным фондом.
Несмотря на использование 40-килограммовых зеркал для обнаружения проходящих гравитационных волн, квантовые флуктуации света нарушают положение зеркал, когда свет отражается. Поскольку детекторы гравитационных волн продолжают становиться более чувствительными с постепенными обновлениями, это квантовое обратное действие станет фундаментальным ограничением чувствительности детекторов, препятствуя их способности извлекать астрофизическую информацию из гравитационных волн.
«Мы представляем экспериментальный стенд для изучения и устранения обратного квантового воздействия», – сказал Крайп. «Мы проводим два измерения положения макроскопического объекта, в движении которого преобладает квантовое обратное действие, и показываем, что путем простого изменения схемы измерения мы можем удалить квантовые эффекты из измерения смещения. За счет использования корреляции между фазой и интенсивностью оптического поля устраняется обратное квантовое воздействие."
Гаррет Коул, менеджер по технологиям Thorlabs Crystalline Solutions (Crystalline Mirror Solutions была приобретена Thorlabs Inc. в прошлом году), а его команда сконструировала микромеханические зеркала из эпитаксиального многослойного материала, состоящего из чередующихся GaAs и AlGaAs. Внешний литейный завод, IQE North Carolina, выращивал кристаллическую структуру, в то время как Коул и его команда, включая инженеров-технологов Паулу Хеу и Дэвида Фоллмана, производили устройства на заводе нанофабрикатов Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.
«Выполняя это измерение на зеркале, видимом невооруженным глазом – при комнатной температуре и на частотах, слышимых человеческим ухом, – мы приближаем тонкие эффекты квантовой механики к сфере человеческого опыта», – сказал Ph.D. кандидат Торри Каллен. "Приглушив квантовый шепот, мы теперь можем слушать более тонкие ноты космической симфонии."
«Это исследование особенно актуально, потому что обсерватория гравитационных волн с лазерным интерферометром, или LIGO, только что объявила в прошлом месяце в Nature, что они наблюдали эффекты квантового шума радиационного давления в обсерватории LIGO Ливингстон», – сказал Томас Корбитт, доцент кафедры Факультет физики и астрономии ЛГУ.
Работу над этой статьей «Квантовые корреляции между светом и зеркалами LIGO массой килограмм» возглавили Нергис Мавалвала, декан Школы наук Массачусетского технологического института, а также постдокторант Хаокун Ю и ученый-исследователь Ли Маккаллер. в Институте астрофизики и космических исследований Массачусетского технологического института им. Кавли.
«Квантовый шум радиационного давления уже проявляется в минимальном уровне шума в Advanced LIGO, и вскоре он станет ограничивающим источником шума в детекторах GW», – сказал Мавалвала. "Более глубокие астрофизические наблюдения будут возможны только в том случае, если мы сможем уменьшить его, и этот прекрасный результат группы Корбитта из LSU демонстрирует технику для этого."