Сжатый вакуум: генерация, детектирование и применение в квантовой фотометрии и квантовой информации

Проект направлен на исследование сжатого вакуума - излучения на выходе однопроходового параметрического усилителя без "подсветки". При больших коэффициентах параметрического усиления такое излучение имеет значительную яркость - до сотен и тысяч фотонов на моду - и при этом сохраняет неклассические свойства. В этом смысле сжатый вакуум - один из немногих примеров макроскопической системы с квантовыми свойствами. Неклассический характер излучения проявляется, в частности, в квадратурном и двухмодовом сжатии, а также в поляризационном сжатии. В рамках проекта предполагается исследовать ряд фундаментальных вопросов, связанных с генерацией и детектированием сжатого вакуума с большим числом фотонов на моду, а именно: 1. Поляризационные состояния сжатого вакуума с большим числом фотонов на моду, их связь с двухфотонными состояниями и возможность применения в качестве носителей квантовой информации. 2. Создание универсального источника сжатого вакуума, реализующего плавный переход от квадратурного к поляризационному сжатию. 3. Взаимные преобразования между одномодовым и двухмодовым сжатым вакуумом. Предполагается также исследовать возможность применения эффекта двухмодового сжатия для метрологических измерений.

Экспериментально исследован эффект двухмодового сжатия для сжатого вакуума, излучаемого при коллинеарном частотно-невырожденном параметрическом рассеянии света в режиме большого коэффициента параметрического усиления. Впервые в схеме прямого детектирования получено значительное (до 4 дБ) подавление флуктуаций разностного тока, почти не зависящее от коэффициента параметрического усиления вплоть до значений G=2. Метод измерения флуктуаций разностного фототока для сжатого вакуума применен для безэталонного измерения квантовой эффективности фотодетекторов. Впервые проведено сравнение данного метода с уже известным абсолютным методом калибровки фотодетекторов на основе перемножения фототоков (регистрации совпадений фотоотсчетов). Получено согласие между результатами двух методов, что говорит о применимости нового метода. Теоретически исследована возможность построения скрытых изображений с помощью измерения дисперсии разностного фототока. Показано, что метод позволяет значительно увеличить видность изображения и отношение сигнал/шум по сравнению с общепринятым методом перемножения фототоков.