Введение к работе
1.1 Актуальность темы
В настоящее время благодаря интенсивному развитию экспериментальной техники квантовые невозмущающие измерения (КНИ) перестают быть только умозрительными экспериментами. В оптической области КНИ квадратурной амплитуды бегущей по диэлектрическому волноводу электромагнитной волны было реализовано еще в 1986 году. Предлагались и другие схемы КНИ, которые теперь получили шанс быть реализованными (например, схема КНИ энергии при рассеянии электрона на фотоне в волноводе).
Желание получить новый источник астрофизической информации стимулировало значительный прогресс в строительстве высокочувствительных гравитационных антенн. Нет сомнений в том, что через несколько лет в программе LIGO (The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) чувствительность антенны приблизится к стандартному квантовому пределу (СКП) для силы. Поэтому актуализируется задача определения экспериментальной методики, позволяющей превзойти этот предел.
Прямой путь обхода СКП для силы состоит в том, чтобы с помощью подходящего прибора измерять потенциально невозмущаемую наблюдаемую пробной массы — например, какой-нибудь ее интеграл движения - несущую информацию о воздействии этой силы. Предлагались схемы КНИ энергии, квадратурной компоненты осциллятора, импульса свободной массы. Возмущение, вносимое прибором в канонически сопряженную переменную, не сказывается на выходном сигнале и поэтому не влияет на чувствительность.
Существует возможность обойти СКП для силы н оставаясь в рамках привычных непрерывных координатных измерении: использовать в качестве накачки в оптическом датчике смещений обобщенно-сжатый свет (степень сжатия зависит от частоты). Это существенно неклассическое состояние световой волны, экспериментальное получение которой сталкивается с серьезными трудностями — как и техническая реализация слежения за интегралами движения пробной массы.
В первой части диссертации предложен способ, позволяющий перейти СКП для силы в обычной схеме оптического датчика смеще-
ний с когерентной немодулнрованной накачкой.
Схемы КНИ, возникнув в ответ на насущные нужды экспериментаторов, теперь привлекают внимание как наиболее фундаментальный тип квантовых измерений. В частности, в последние годы повысился интерес к вопросу проведения обратимых вычислений с помощью квантовомеханнческнх логических ячеек. До сих пор исследования таких вычислений основывались на специально сконструированных гамильтонианах — без описания физической системы, которой они соответствуют. Между тем любое обратимое вычисление обязательно должно включать в себя КНИ, и, следовательно, физическая реализация обратимых квантовых логических ячеек возможна только на основе схем таких измерений.
Во второй части диссертации впервые предложена физическая реализация квантовомеханпческого компьютера на основе схемы КНИ энергии при квадратичном рассеянии электрона на фотоне в волноводе.
1.2 Цель работы
Исследование схем оптических датчиков смещений и разработка методики измерения, обеспечивающей полную компенсацию шумов обратного воздействия прибора и таким образом позволяющей превзойти СКП для силы, используя обычную когерентную накачку.
Выяснение физического механизма ограничения чувствительности оптических датчиков и получение квантового предела обнаружения силы в таких датчиках.
Предложение физической реализации квантовомеханпческого компьютера на основе схемы КНИ энергии при квадратичном рассеянии электрона на фотоне в волноводе и оценка возможностей ее технического воплощения.
1.3 Научная новизна работы
Впервые предложена экспериментальная методика различения близких обобщенно-сжатых состояний света, позволяющая превзойти
СКП для силы в оптических датчиках смещений для гравитационной антенны при использовании обычной когерентной накачки.
Впервые предложена физическая реализация квантовомеханнче-ского компьютера.
1.4 Практическая ценность работы
Предложенный новый способ обхода СКП позволяет значительно увеличить чувствительность гравитационных антенн, используя обычную схему интерферометрического оптического датчика с обычной когерентной накачкой — экспериментально реализованную уже в настоящее время (проект LIGO).
1.5 Апробация работы
Результаты работы докладывались на семинаре по квантовой оптике в Минске, научных семинарах в ФИАН, ГАИШ, научных семинарах кафедр квантовой радиофизики и молекулярной физики и физических измерений физического факультета МГУ, конференции по гравитационным антеннам ASPEN (Колорадо, январь 1995 г.).
1.6 Публикации
По теме диссертации опубликовано 4 работы, список которых приведен в конце реферата.
1.7 Объем и структура работы
