Fale grawitacyjne o amplitudzie mniejszej niż rozmiar protonu to jeden z nieuchwytnych fenomenów fizyki. Szansą na zaobserwowanie ich mają być detektory wykorzystujące zjawisko splątania. Metoda ta jest bardzo precyzyjna, więc być może jest szansa, że uda się je wreszcie zobaczyć.
Pomiary wykorzystujące interferencje światła należą do jednych z najdokładniejszych metod pomiarowych, jakimi dysponuje współczesna nauka i znajdują zastosowania w takich dziedzinach jak astronomia, telekomunikacja biologia i medycyna.
Czułość interferometrów może być dodatkowo zwiększona dzięki wykorzystaniu specjalnie przygotowanych kwantowych stanów światła, w których istotną rolę odgrywa splątanie kwantowe.
Splątanie jest zjawiskiem unikalnym dla fizyki kwantowej i leży u podłoża takich idei jak teleportacja kwantowa, kryptografia kwantowa i komputery kwantowe. Fotony, będące elementarnymi porcjami energii niesionymi przez światło, przygotowane w stanie splątanym wykazują bardzo silne korelacje, nieobserwowane w powszechnie dostępnych naturalnych czy sztucznych źródłach światła. Dzięki temu splątane fotony mogą zachowywać się analogicznie do fotonów odpowiadających światłu o znacznie krótszej długości fali, a tym samym umożliwić pomiary o wyższej precyzji.
Chodzi o wykorzystanie tzw. kwantowej linijki. Jeśli stanowi ją pojedynczy foton, to jej dokładność wynosi np. 1 mm. Jednak przygotowując odpowiedni stan splątany 10 fotonów można uzyskać w teorii „linijkę” o podziałce 0,1 mm, uzyskując 10-krotną poprawę precyzji.
Splątanie kwantowe jest jednak niezwykle wrażliwe na wszelkie niedoskonałości eksperymentalne i jednym z fundamentalnych nierozwiązanych zagadnień pozostawało do tej pory to, na ile kwantowa poprawa precyzji może być przydatna w praktyce.
Fizycy z UW i Nottingham opracowali narzędzia teoretyczne, pozwalające na znalezienie granic precyzji pomiarów osiągalnych za pomocą stanów splątanych w realistycznych warunkach eksperymentalnych. Pozwoliło to po raz pierwszy porównać obecne dokonanie eksperymentalne w dziedzinie precyzyjnych pomiarów z fundamentalnymi ograniczeniami fizyki kwantowej.
We współczesnych detektorach fal grawitacyjnych od kilku lat prowadzone są już wstępne pomiary wykorzystujące kwantowe stany światła w celu zwiększenia precyzji. Jedną z podstawowych praktycznych technik jest wykonywanie interferencji z wykorzystaniem światła w stanie tzw. ściśniętej próżni. Dzięki nowym narzędziom teoretycznym udowodniono, że obecnie wykorzystywany schemat pomiarowy jest optymalny.
Pozostaje pytanie, kiedy je zobaczymy? A czy potem będziemy mogli coś więcej?
poleca:
