Исследователи из Восточно-Китайского университета совершили прорыв в квантовых технологиях, который позволяет превратить квантовые оптические флуктуации из вредного «шума» в полезный инженерный инструмент. Им удалось повысить эффективность воздействия лазера на материал мишени в 20 раз без увеличения мощности луча. И это открывает необычайно широкие возможности по управлению нелинейными оптическими эффектами.
Нелинейные взаимодействия используются в важнейших направлениях оптики, от аттосекундной физики до генерации высоких гармоник и сверхбыстрой визуализации. Их отличает то, что с веществом одновременно взаимодействуют множество фотонов. Для управлениями ими нужны лазерные импульсы очень большой интенсивности, для чего используются мощные излучатели. Но сложность в том, что рост мощности увеличивает риски повреждения материалов или самого инструмента – физики уперлись в пределы прочности используемых веществ.
Новая установка использует эффект «яркого сжатого вакуума» — квантовое воздействие на фотоны, которое провоцирует их экстремальные флуктуации. Энергия системы при этом остается на умеренном уровне, и ею не обязательно манипулировать, чтобы регулировать силу воздействия лазера на мишень. Это можно сделать методами квантовой инженерии – такой подход более щадящ для всей системы и позволяет экономить энергию.
В качестве эксперимента китайские ученые использовали модернизированный лазер для туннельной ионизации натрия. Электромагнитное поле исказило потенциальный барьер атома и электрон смог туннелировать наружу в силу квантово-механических эффектов. В итоге было затрачено всего 3000 наноджоулей энергии, но эффект оказался в 20 раз выше, чем при использовании обычного лазера той же мощности. А это важнейший момент — квантовые технологии стали приносить практическую пользу.