Физики предложили выявлять квантовые флуктуации света с помощью графена
Исследователи Индийского технологического института Бомбея предложили использовать графен для изучения квантовых флуктуаций света. Согласно теоретической работе, при определённом двухцветном освещении сжатый свет может активировать гармоники, обычно запрещённые симметрией рассматриваемой системы. Их свойства несут информацию о падающем излучении. Работу Картика Прабху и Гопала Диксита опубликовали в Physical Review B.
Что такое запрещённые гармоники
При взаимодействии интенсивного света с подходящим материалом может возникать генерация высших гармоник — излучение на частотах, кратных исходной. Это явление хорошо известно и широко применяется в лазерной физике. Однако в некоторых схемах освещения существуют «запрещённые» гармоники — те, которые не могут возникнуть из соображений симметрии. Динамическая симметрия системы запрещает их активацию при классическом освещении.
Классический бикруговой свет — два луча с противоположным направлением вращения поляризации — сохраняет именно ту симметрию, которая эти гармоники подавляет. Но квантовое сжатие вводит флуктуации вакуумного поля, которые нарушают симметрию. Именно флуктуации сжатого режима активируют ранее запрещённые каналы излучения.
Что рассчитали исследователи
В работе теоретически исследовалось поведение графена, облучённого двумя компонентами света с противоположными направлениями круговой поляризации и отношением частот 1:2. Ключевые результаты:
- флуктуации сжатого режима нарушают динамическую симметрию, сохраняемую классическим бикруговым светом;
- в спектрах гармоник активируются линии, запрещённые при классическом освещении;
- интенсивность и поляризация возникающего излучения зависят от параметров флуктуаций;
- сигнал в запрещённых гармониках несёт информацию о квантовом состоянии возбуждающего поля.
Зачем это нужно
Главное прикладное значение открытия — в диагностике квантовых состояний света. Запрещённые гармоники выступают своеобразными «отпечатками пальцев» квантового характера освещения: их появление в рассмотренной схеме связано с квантовыми флуктуациями возбуждающего поля. Это даёт теоретическую основу для диагностики падающего света по нелинейному отклику материала. Нельзя переносить правила отбора этой схемы на любое классическое освещение.
Исследование также показывает, что сам материал — в данном случае графен — можно использовать как квантовый сенсор: его нелинейный отклик кодирует информацию о состоянии возбуждающего поля в структуру спектра высших гармоник. Это объединяет физику конденсированного состояния, оптику и квантовую информацию в новом методе характеризации квантовых источников.
Читайте также: Двухцветный свет направил электроны в графене без магнитного поля.
Готовый прибор и его экспериментальная точность в этой работе не продемонстрированы. Применимость подхода к другим материалам и использование машинного обучения остаются направлениями дальнейших исследований.
