गुरुत्वाकर्षण तरंगों का पता लगाने में क्वांटम उलझाव कैसे मदद करेगा

हमने हाल ही में LIGO में क्वांटम शोर को कम करने के लिए एक नए दृष्टिकोण का परीक्षण करने के लिए एक प्रयोग किया था और इसके बारे में एक लेख लिखा था, देखें arXiv: "ईपीआर उलझाव के माध्यम से इंटरफेरोमीटर वृद्धि का प्रदर्शन" । और यहां मैं आपको बताऊंगा कि LIGO में क्वांटम शोर क्या है, इसे कैसे कम किया जा सकता है, और क्वांटम उलझने और निचोड़ा हुआ प्रकाश का इसके साथ क्या करना है।

प्रकृति फोटोनिक्स में प्रकाशित UPD लेख।

1. LIGO संवेदनशीलता और क्वांटम शोर

मैंने बात की कि डिटेक्टर कैसे काम करता है और आइंस्टीन टेलीस्कोप के बारे में पिछले प्रकाशन में विस्तार से इसमें क्या शोर है। डिटेक्टर में शोर की एक विस्तृत विविधता है: भूकंपी, थर्मल, क्वांटम, और अन्य - और ये सभी गुरुत्वाकर्षण तरंगों से एक संकेत के पंजीकरण में हस्तक्षेप करते हैं।


विभिन्न आवृत्तियों पर LIGO की संवेदनशीलता में मुख्य योगदान, GW (तनाव) के आयाम के लिए सामान्यीकृत।

एक गुरुत्वाकर्षण-तरंग डिटेक्टर बनाने में पूरी कठिनाई इन शोरों को कम करने के लिए है। इनमें से अधिकांश शोर मौलिक नहीं हैं, बल्कि तकनीकी सीमाएँ हैं। और केवल क्वांटम शोर माप तंत्र की प्रकृति से उत्पन्न होते हैं। वे भविष्य के डिटेक्टरों में बेहतर संवेदनशीलता के लिए मुख्य बाधा बन जाएंगे, इसलिए हम उन पर अधिक विस्तार से ध्यान देंगे। दो क्वांटम शोर हैं: शॉट शोर और विकिरण दबाव शोर।

लेजर की क्वांटम प्रकृति के कारण शॉट शोर उत्पन्न होता है: लेजर बीम में एक दूसरे के बीच विभिन्न यादृच्छिक विलंबों के साथ उड़ान भरने वाले फोटोन होते हैं। जब इन फोटोन को फोटोडियोड पर मापा जाता है, तो फोटॉन फ्लक्स में उतार-चढ़ाव वर्तमान उतार-चढ़ाव को जन्म देता है और, परिणामस्वरूप, सिग्नल में शोर के लिए जो हम निरीक्षण करते हैं।

विकिरण के दबाव का शोर प्रकाश की क्वांटम प्रकृति का दूसरा पक्ष है। जैसा कि लेबेदेव के प्रयोगों के समय से शास्त्रीय विद्युत चुंबकत्व से जाना जाता है , एक वस्तु जिस पर प्रकाश चमकता है वह प्रकाश के दबाव का अनुभव करता है । यह समझना आसान है कि अगर हम एक फोटॉन को एक कण मानते हैं: प्रत्येक कण एक आवेग को वहन करता है, जो कि प्रभाव पर शरीर में फैलता है। यही है, जब लेजर एक चल दर्पण पर चमकता है, तो दर्पण हल्के दबाव के प्रभाव में शिफ्ट होने लगता है। और चूंकि फोटॉनों को यादृच्छिक रूप से वितरित किया जाता है, कभी-कभी अधिक फोटॉन एक निश्चित समय अंतराल के दौरान दर्पण पर पहुंचते हैं, कभी-कभी कम होते हैं, और यह हल्का दबाव बल भी यादृच्छिक होता है। तो: प्रकाश की मात्रा का ठहराव LIGO में दर्पण पर काम करने वाले एक यादृच्छिक बल की ओर जाता है। यह बल दर्पणों की एक यादृच्छिक बदलाव का कारण बनता है, जो एक स्पार्कियस सिग्नल के रूप में इंटरफेरोमीटर के आउटपुट में दर्ज किया जाता है।


क्वांटम शोर के बारे में स्पष्टीकरण। फोटॉनों की संख्या का एक यादृच्छिक वितरण विकिरण दबाव (बाएं) का एक यादृच्छिक बल उत्पन्न करता है। दूसरी ओर, समय में फोटॉनों के एक यादृच्छिक वितरण से फोटोडेटेक्टर (दाएं) पर आयाम में उतार-चढ़ाव होता है। दोनों शोर तरंगदैर्ध्य, प्रकाश शक्ति और कंधे की लंबाई पर निर्भर करते हैं। विकिरण के दबाव का शोर कम होता है, दर्पणों का द्रव्यमान जितना अधिक होता है। श्रेय: [१]।

विकिरण के दबाव का शोर दर्पणों पर प्रकाश की घटना की शक्ति को अधिक से अधिक मजबूत करता है (यानी, फोटोन का प्रवाह)। डिटेक्टर में प्रकाश शक्ति बढ़ने के साथ जीडब्ल्यू से संकेत भी बढ़ता है। सिग्नल के लिए शॉट शोर सामान्य हो जाता है। नतीजतन, यह पता चला है कि आप प्रकाश की शक्ति को बढ़ाकर शॉट शोर द्वारा सीमित संवेदनशीलता को बढ़ा सकते हैं, लेकिन आपको विकिरण दबाव के बढ़ते शोर के साथ इसके लिए भुगतान करना होगा। और इसके विपरीत। एक बार में दोनों क्वांटम शोर को दबाने के लिए शास्त्रीय तरीके से कोई रास्ता नहीं है। क्वांटम तकनीक का उपयोग करना होगा।


प्रकाश शक्ति पर संवेदनशीलता की निर्भरता: शॉट शोर (नीला) कम हो जाता है, और विकिरण दबाव शोर (हरा) आनुपातिक रूप से बढ़ जाता है।

2. संपीडित प्रकाश

क़ब्र्टीच द्वारा निचोड़ा हुआ प्रकाश के बारे में हैबर पर एक अद्भुत लेख है । यदि आप नहीं जानते कि संपीड़ित प्रकाश क्या है, तो मैं अत्यधिक अनुशंसा करता हूं कि आप पहले उसका लेख पढ़ें। मैं संक्षिप्त रहूंगा।

यदि आप प्रकाश को एक लहर के रूप में देखते हैं, तो विशेष पैरामीटर फोटॉन फ्लक्स और उनके बीच विलंब नहीं होगा, लेकिन लहर का आयाम और चरण। आमतौर पर वे प्रकाश के चरण और आयाम चतुर्भुज के बारे में बात करते हैं।

$$$ $ प्रदर्शन $ $ E = E_0 \ cos (\ omega_0 t + \ phi) = E_0 \ cos \ omega_0 t \ cos \ phi - E_0 \ sin \ omega_0 t \ sin \ phi = \\ = E_ {} \ sin} \ omega_0 t + E_ {a} \ cos \ omega_0 t $$ प्रदर्शन $$

यदि हमारे लिए ब्याज का संकेत प्रकाश के चरण में निहित है, और यह काफी छोटा है, तो हम एक अनुमान लगा सकते हैं:

$$$ $ $ $ $ E_ {f} = E_0 \ sin \ phi \ लगभग E_0 \ phi; \ Quad E_ {a} = E_0 \ cos \ phi \ लगभग E_0 $ $ $ $ प्रदर्शित

इसलिए, मूल्य$$ $ इनलाइन $ E_ {f} $ इनलाइन $ चरण चतुर्भुज कहा जाता है - इसमें चरण के बारे में जानकारी होती है।

तदनुसार, शॉट शोर प्रकाश के चरण का एक उतार-चढ़ाव है, और विकिरण दबाव का शोर आयाम में उतार-चढ़ाव के कारण होता है।

चरण में अनिश्चितता और आयाम में अनिश्चितता हाइजेनबर्ग संबंध से संबंधित हैं:

$$$$ प्रदर्शन $ $ \ Delta ^ 2 E_ {f} \ Delta ^ 2 E_ {a} \ leq \ frac {1} {2} $ $ प्रदर्शन $ $

एक पारंपरिक लेजर बीम में, ये अनिश्चितताएं समान हैं। हालांकि, आयाम अनिश्चितता को बढ़ाकर चरण में अनिश्चितता को संपीड़ित करना संभव है - मुख्य बात यह है कि उनका उत्पाद अनिश्चितता संबंध को संतुष्ट करता है। इस तरह के प्रकाश को निचोड़ा जाता है:

$$$ $ $ $ $ $ + डेल्टा + 2 E_ {f} ^ {sqz} = e ^ {- 2r} \ Delta ^ 2 E_ {f}, \ Delta ^ 2 E_ {a} ^ {sqz} = e ^ {2r } \ Delta ^ 2 E_ {a} \\ \ Delta ^ 2 E_ {f} ^ {sqz} \ Delta ^ 2 E_ {a} ^ {sqz} = \ Delta ^ 2 E_ {f} \ Delta ^ 2 E_ { a} \ leq \ frac {1} {2}, $ $ प्रदर्शन $ $

जहां r संपीड़न अनुपात है।

आमतौर पर, एक शक्तिशाली बीम की अनुपस्थिति में भी, वैक्यूम में उतार-चढ़ाव हमेशा मौजूद रहता है। वे एक संपीड़ित वैक्यूम प्राप्त करने के लिए भी संकुचित हो सकते हैं: औसतन, इसमें फोटॉनों की संख्या शून्य है, लेकिन आयाम और चरण के उतार-चढ़ाव संकुचित हैं।


यह सिग्नल पोर्ट के माध्यम से डिटेक्टर में प्रवेश करने वाला वैक्यूम उतार-चढ़ाव है जो LIGO में क्वांटम शोर का स्रोत है। इसलिए, यदि यह वैक्यूम चरण में संकुचित है, तो इससे डिटेक्टर में शॉट शोर कम हो जाएगा।

इस दृष्टिकोण का उपयोग पिछले 8 वर्षों के लिए GEO600 डिटेक्टर में किया गया है, शॉट शोर को चार गुना कम कर दिया है, और इस वर्ष से इसे LIGO में भी लागू किया गया है, शॉट शोर को आधे से कम कर दिया है (जो 8 बार दर्ज की गई घटनाओं की संख्या में वृद्धि करता है)।



वाम: निचोड़ा हुआ प्रकाश के साथ बेहतर LIGO संवेदनशीलता का एक उदाहरण। सही: हमारे समूह में कई साल पहले बनाया गया सबसे अच्छा संपीड़न: वैक्यूम उतार-चढ़ाव को 15 डीबी द्वारा दबा दिया गया था।

हालांकि, सब कुछ इतना सरल नहीं है: अनिश्चितता संबंध के अनुसार, यदि हम चरण को संकुचित करते हैं, तो हम आयाम में उतार-चढ़ाव बढ़ाते हैं। और वे विकिरण के दबाव के शोर को बढ़ाते हैं। और फिर से आपको चुनना है कि दूसरे को बढ़ाकर किस शोर को कम किया जाए। लेकिन क्या इस सीमा के आसपास किसी तरह पहुंचना संभव है?

3. आवृत्ति पर निर्भर संपीड़न

सौभाग्य से, दो क्वांटम शोर अलग-अलग आवृत्तियों पर डिटेक्टर की संवेदनशीलता को सीमित करते हैं: कम शोर पर विकिरण दबाव शॉट दबाव की तुलना में बहुत अधिक मजबूत होता है, और उच्च - इसके विपरीत। इसलिए, प्रकाश की एक मुश्किल संपीड़न तैयार करना संभव है, जहां कम आवृत्तियों पर प्रकाश आयाम में संकुचित होता है (और इसलिए विकिरण दबाव शोर कम हो जाता है), और उच्च आवृत्तियों पर - चरण में (और इसलिए शॉट शोर कम हो जाता है)।


आवृत्ति-निर्भर संपीड़न: विभिन्न आवृत्तियों पर, आयाम, चरण, या इसके संयोजन को संकुचित किया जाता है। परिणामस्वरूप, सभी आवृत्तियों पर संवेदनशीलता में सुधार होता है। [एसएसवाई चुआ एट अल 2014 क्लास। क्वांटम ग्रेव 31 183001]

मौलिक रूप से, आवृत्ति-निर्भर संपीड़न की आवश्यकता का कारण यह है कि दर्पणों पर विकिरण दबाव प्रकाश संपीड़न भी बनाता है, लेकिन एक अलग चतुर्भुज में। यह नीचे दी गई छवि में देखा जा सकता है: यदि आप इनपुट पर पारंपरिक संपीड़न का उपयोग करते हैं, तो यह विकिरण के दबाव के कारण आउटपुट पर एक आवृत्ति निर्भरता प्राप्त करता है। इस आवृत्ति निर्भरता को "रद्द" करने के लिए, आपको इनपुट पर संपीड़न के लिए उलटा निर्भरता निर्धारित करने की आवश्यकता है।


लेख का एक उदाहरण: इंटरफेरोमीटर की संवेदनशीलता में सुधार की निर्भरता जब पारंपरिक संपीड़न का उपयोग आवृत्ति और विभिन्न माप चरणों के एक समारोह के रूप में किया जाता है - संकेत चरण चतुष्कोण में है, और यह देखा जा सकता है कि यदि संवेदनशीलता उच्च आवृत्तियों (नीले रंग) में बढ़ जाती है, तो कम आवृत्तियों पर यह घट जाती है (लाल हो जाती है) )। आवृत्ति-निर्भर संपीड़न का उपयोग करना सभी आवृत्तियों पर संवेदनशीलता में सुधार कर सकता है।

इसलिए, हम सभी आवृत्तियों पर क्वांटम शोर को कम करने की समस्या को वैचारिक रूप से हल करते हैं, सवाल यह है कि: इस तरह की आवृत्ति निर्भरता को कैसे लागू किया जाए। ऐसा करने के लिए, आपको यह पता लगाने की आवश्यकता है कि संपीड़ित चरण को संपीड़ित आयाम में कैसे बदलना है। वास्तव में, यह बहुत सरल है: एक चरण बदलाव का उत्पादन करने के लिए:

$$$ $ $ $ $ E_ {f} ^ {sqz} = E_0 e ^ {- 2r} \ sin (\ phi) \ rightarrow E_0 e ^ {- 2r} \ sin (\ phi + \ pi / 2) = E_ { a} e ^ {- 2r} $ $ प्रदर्शन $ $

आमतौर पर, एक साधारण दर्पण चरण को स्थानांतरित करने के लिए पर्याप्त होता है, जो प्रकाश द्वारा यात्रा किए गए पथ की लंबाई को बदल देगा। हालांकि, इस मामले में, आपको एक उपकरण की आवश्यकता होती है जो एक आवृत्ति-निर्भर चरण बदलाव बनाता है: चरण को उच्च आवृत्तियों पर स्थानांतरित न करें, लेकिन कम पर$$ $ इनलाइन $ \ pi / 2 $ इनलाइन $ ।

वर्तमान में, भविष्य के डिटेक्टरों के सभी डिजाइनों में आवृत्ति-निर्भर संपीड़न बनाने की अग्रणी अवधारणा अतिरिक्त फ़िल्टरिंग गुंजयमान यंत्र का उपयोग है। यदि गुंजयमान आवृत्ति से अलग होने पर संपीड़ित वैक्यूम को इस तरह के गुंजयमान यंत्र से परावर्तित किया जाता है, तो यह आवश्यक आवृति प्राप्त करेगा। हालांकि, इसमें बहुत कठिनाई है: आवश्यक आवृत्ति निर्भरता बनाने के लिए, गुंजयमान यंत्रों को एक वैक्यूम में कई सौ मीटर लंबा होना चाहिए, और यह नियंत्रित करने के लिए बहुत महंगा और मुश्किल है। हमारे पास एक और विचार है।

तथ्य यह है कि डिटेक्टर में पहले से ही उपयुक्त आकार, कम नुकसान और एक प्रसिद्ध नियंत्रण विधि के साथ कई गुंजयमान यंत्र हैं, लेकिन उन्हें सीधे उपयोग नहीं किया जा सकता है - आवृत्ति पर निर्भर संपीड़न के लिए, प्रतिध्वनि से एक चक्कर लगाना आवश्यक है। लेकिन प्रत्येक गुंजयमान यंत्र में कई गुंजयमान आवृत्तियां होती हैं, जबकि डिटेक्टर केवल उनमें से एक पर काम करता है। विचार एक अलग प्रतिध्वनि का उपयोग करने के लिए है, आवश्यक आवृत्ति निर्भरता प्राप्त करने के लिए इंटरफेरोमीटर से ही निचोड़ा हुआ प्रकाश को दर्शाता है। सवाल यह है: लेजर की मुख्य कार्य आवृत्ति से अलग आवृत्ति पर बनाई गई आवृत्ति निर्भरता का उपयोग कैसे करें। और फिर क्वांटम उलझाव बचाव में आता है।

4. क्वांटम उलझाव और ईपीआर विरोधाभास

उलझाव की प्रकृति का सवाल निस्संदेह एक अलग लेख के योग्य है। मैंने हैबे पर पिछले लेख में थोड़ी अधिक गहनता पर चर्चा की थी , इसलिए यहां मैं केवल इसके मुख्य गुणों का संक्षेप में वर्णन करूंगा। आइए EPR विरोधाभास (आइंस्टीन-पोडोलस्की-रोसेन) के साथ शुरू करें: तीन सज्जनों ने देखा कि क्वांटम यांत्रिकी में एक पकड़ है। एक ओर, अनिश्चितता सिद्धांत है, जो कहता है कि एक ही समय में (और हमारे मामले में, प्रकाश का आयाम और चरण) एक कण के समन्वय और गति को सटीक रूप से मापना असंभव है। दूसरी ओर, कोई भी ऐसा सरल प्रयोग कर सकता है: कण क्षय की घटना को लें, जिसमें दो समान कण पैदा होते हैं। संवेग के संरक्षण के नियम के अनुसार, वे समान गति से विपरीत दिशाओं में बिखरेंगे। यदि हम एक कण की गति को मापते हैं, तो हम दूसरे के गति को ठीक से जान पाएंगे। यदि हम दूसरे कण के समन्वय को मापते हैं, तो हम एक साथ समन्वय (हम इसे मापा जाता है) और संवेग (हम पहले कण के माप से इसकी भविष्यवाणी करते हैं) दोनों को एक साथ जानेंगे, जो, ऐसा प्रतीत होता है कि अनिश्चितता के संबंध के कारण असंभव है। दृश्य विरोधाभास कणों के उलझाव की अवधारणा को पेश करके हल किया जाता है: दो कण एक दूसरे से स्वतंत्र नहीं होते हैं, उन्हें एक तरंग फ़ंक्शन द्वारा वर्णित किया जाता है। यह तरंग फ़ंक्शन गैर-फोकल है: माप के क्षण तक यह कहना असंभव है कि किस दिशा में किस कण ने उड़ान भरी। एक मायने में, वे दोनों एक ही समय में दोनों दिशाओं में उड़ते थे, और केवल माप के क्षण में एक यादृच्छिक विकल्प था कि किस कण को ​​मापा गया था। उनके निर्देशांक और गति जुड़े हुए हैं ताकि अनिश्चितता का संबंध उनके सापेक्ष मूल्य पर लागू न हो। इसके अलावा, अगर किसी एक कण पर कार्रवाई की जाती है, उदाहरण के लिए कुछ बल द्वारा, तो दूसरा कण भी इस बल को "महसूस" करता है - इसके मापा मापदंडों के अनुसार बदल जाएगा।

इसलिए, हमारे लिए सबसे महत्वपूर्ण बात: यदि हमारे पास दो कण हैं, तो हम पहले को मापकर दूसरे कण के गुणों का सटीक अनुमान लगा सकते हैं। हम एक कण के मार्ग पर प्रभाव का स्रोत डाल सकते हैं, और यह एक ही बार में दो पर काम करेगा। सही माप करने के बाद, हम इस आशय का परिणाम देख सकते हैं।

हम इसका उपयोग कैसे करते हैं (यह पहली बार प्रकृति भौतिकी [2] के एक लेख में प्रस्तावित किया गया था)। ईपीआर में कणों की भूमिका दो आवृत्तियों पर संपीड़ित वैक्यूम के दो बीम द्वारा निभाई जाती है: इंटरफेरोमीटर की मौलिक आवृत्ति और अनुनादक के अगले प्रतिध्वनि की आवृत्ति। हम उन्हें भ्रमित करते हैं, उनमें से एक (उच्च आवृत्ति) ट्यून गुंजयमान यंत्र से परिलक्षित होता है और मापा जाता है। उसे एक आवृत्ति निर्भरता मिलती है। चूँकि किरणें उलझी हुई हैं, इसलिए यह आवृत्ति निर्भरता मूलभूत आवृत्ति पर किरण को भी प्रेषित करती है। माप के बाद, हम मुख्य बीम में संकेतों की आदर्श रूप से सही सटीकता के साथ भविष्यवाणी कर सकते हैं। ऐसा करने के लिए, हम अलग से दो अलग-अलग डिटेक्टरों पर मापते हैं, और डेटा को बेहतर ढंग से संसाधित करते हैं।


[2] से उलझने के आधार पर एक पूर्ण आवृत्ति-निर्भर संपीड़न योजना। OPA (ऑप्टिकल पैरामीट्रिक एम्पलीफायर) विभिन्न आवृत्तियों पर संपीड़ित वैक्यूम के दो उलझा हुआ बीम बनाता है, दोनों डिटेक्टर को भेजे जाते हैं। एक वाहक आवृत्ति पर एक किरण इंटरफेरोमीटर में प्रतिध्वनित होती है। उच्च आवृत्ति पर एक बीम को उच्च प्रतिध्वनि से अलग किया जाता है। आउटपुट पर, किरणों को अलग किया जाता है और दो अलग-अलग होमोडाइन डिटेक्टरों पर पता लगाया जाता है, जिसके बाद उन्हें एक इष्टतम तरीके से संसाधित किया जाता है।

5. प्रयोग

हमारे प्रयोग में मूविंग मिरर के साथ एक पूर्ण इंटरफेरोमीटर शामिल नहीं है। इसके बजाय, हम एक अनुनादक से परावर्तित प्रकाश में उलझी हुई प्रकाश का उपयोग करके आवृत्ति-निर्भर संपीड़न प्राप्त करने की संभावना तलाश रहे हैं।


सरलीकृत प्रयोगात्मक डिजाइन। एक पूर्ण इंटरफेरोमीटर के बजाय, हमारे पास एक 2.5 मीटर लंबा ऑप्टिकल गुंजयमान यंत्र है। दो अलग-अलग होमोडाइन डिटेक्टरों के बजाय, हम एक डिटेक्टर का उपयोग करते हैं, लेकिन विभिन्न आवृत्तियों के दो संदर्भ बीम।

जैसा कि मैंने ऊपर लिखा था, एक इंटरफेरोमीटर में, विकिरण दबाव निचोड़ा हुआ प्रकाश की एक आवृत्ति निर्भरता बनाता है, जो डिटेक्टर की संवेदनशीलता को खराब करता है। इस आवृत्ति निर्भरता को रद्द करने के लिए, हमें निचोड़ा हुआ प्रकाश की उलटा आवृत्ति निर्भरता बनाने की आवश्यकता है। हमारे प्रयोग में, संवेदनशीलता विकिरण के दबाव को नहीं बिगाड़ती है (हमारे पास मूविंग मिरर नहीं हैं), लेकिन अनुनाद से डिटेक्टर का पता लगाना (नीचे दी गई तस्वीर देखें (ए))। जब एक सिग्नल क्वाडरेचर (चरण रीडआउट) में मापा जाता है, तो यह कम आवृत्तियों (लाल) पर संवेदनशीलता को खराब करता है।

संवेदनशीलता को बहाल करने के लिए, हम विपरीत दिशा में प्रतिध्वनि से एक अतिरिक्त किरण (आइडलर) का पुनर्निर्माण करते हैं। फिर माप के बाद, हम संवेदनशीलता को पूरी तरह से बहाल कर सकते हैं। ईपीआर के संदर्भ में - हम क्वांटम उलझी हुई रोशनी का उपयोग करके बेहतर सटीकता के साथ चरण चतुर्भुज को मापने के परिणाम का अनुमान लगा सकते हैं।


आवृत्ति-निर्भर संपीड़न का निरीक्षण करने के लिए दो प्रयोग। पहले (ए) में, हमने डिटेक्टर की प्रतिध्वनि से सिग्नल बीम को ट्यून किया, जिससे चरण चतुर्भुज में संवेदनशीलता खराब हो गई (और निचोड़ा हुआ प्रकाश की आवृत्ति निर्भरता का निर्माण)। दूसरे में, हमने दूसरी किरण (आइडलर) की एक अतिरिक्त आवृत्ति निर्भरता का निर्माण किया और दो किरणों के बीच क्वांटम उलझने के कारण, सिग्नल और ऑस्ट्रल पहले प्रयोग में आई आवृत्ति निर्भरता को रद्द करके क्षतिग्रस्त संवेदनशीलता को बहाल करने में सक्षम थे।

ऊपर की छवि में, (ए) में आवृत्ति निर्भरता काफी धुंधली है। यह बाद के प्रसंस्करण में सीमाओं के कारण है: आदर्श रूप से, दो अलग-अलग होमोडेन डिटेक्टरों की आवश्यकता होती है, जिनमें से संकेतों को बेहतर तरीके से फ़िल्टर किया जा सकता है। हालांकि, एक अन्य मोड में, हम निचोड़ा हुआ प्रकाश की एक सुंदर आवृत्ति निर्भरता प्राप्त कर सकते हैं यदि हम एक दिशा में प्रतिध्वनि से दोनों किरणों का पुनर्निर्माण करते हैं। ऐसी योजना डिटेक्टर के लिए प्रासंगिक नहीं है, लेकिन स्थापना विकल्पों का विचार देती है। खैर, सिर्फ सुंदर प्रयोगात्मक डेटा :)

6. निष्कर्ष

संक्षेप में देना। प्रकाश की मात्रा में उतार-चढ़ाव सभी आधुनिक और भविष्य के डिटेक्टरों में शोर का मुख्य और सबसे बुनियादी स्रोत है। उन्हें दबाने के लिए, एक क्वांटम सहसंबंधों का उपयोग कर सकता है - निचोड़ा हुआ प्रकाश। हालांकि, डिटेक्टर की पूरी आवृत्ति रेंज में शोर को कम करने के लिए, उच्च आवृत्तियों पर कम आवृत्तियों और चरण के उतार-चढ़ाव पर आयाम के उतार-चढ़ाव को संपीड़ित करना आवश्यक है। इस तरह की आवृत्ति पर निर्भर संपीड़न को विशेष फ़िल्टरिंग गुंजयमान यंत्रों का उपयोग करके किया जाना प्रस्तावित है। परंपरागत रूप से, इस तरह के गुंजयमान यंत्र बहुत महंगे होते हैं और लागू करने में मुश्किल होते हैं। हमारे विकल्प के लिए डिटेक्टर का उपयोग एक फिल्टर गुंजयमान यंत्र के रूप में किया जाता है, क्वांटम उलझी हुई रोशनी का उपयोग करना। हमने एक प्रयोग किया और दिखाया कि क्वांटम उलझाव वास्तव में इस विचार को महसूस करने की अनुमति देता है।

यह दृष्टिकोण एक रामबाण नहीं है, अफसोस: आपको सुविधा के लिए भुगतान करना होगा। अवधारणा को पूरी तरह से काम करने के लिए, दो होमोडेन डिटेक्टरों का उपयोग करना आवश्यक है, जो प्रयोगात्मक रूप से काफी कठिन है। इसके अलावा, दूसरा डिटेक्टर संवेदनशीलता को शोर जोड़ता है - भले ही आप संपीड़न से प्राप्त कर सकते हैं।

इस काम में, हमने पेचीदगियों और निचोड़ा हुआ प्रकाश के साथ खेला और दिखाया कि हम भविष्य के डिटेक्टरों की संवेदनशीलता में सुधार करने के लिए उनका उपयोग कैसे कर सकते हैं। लेकिन यह, ज़ाहिर है, एक वास्तविक डिटेक्टर में इस दृष्टिकोण को लागू करने के लिए एक लंबी सड़क पर केवल पहला कदम है: आपको यह जांचने की जरूरत है कि सब कुछ एक वास्तविक इंटरफेरोमीटर के साथ कैसे काम करता है, चलती दर्पण, दो होमोडीन और इसी तरह। सामान्य तौर पर, काम अभी भी भरा हुआ है।

विवरण में रुचि रखने वालों के लिए, हमारे लेख और लेख को देखें जहां विचार पहली बार प्रस्तुत किया गया था [2]।

[१] एस हिल्ड बियॉन्ड टू जेनेरेशन जीडब्ल्यू डिटेक्टर
[२] वाई। मा। एट अल, EPR उलझाव के माध्यम से मानक क्वांटम सीमा से परे गुरुत्वाकर्षण-तरंग का पता लगाने का प्रस्ताव, प्रकृति भौतिकी मात्रा १३, पृष्ठ ––६-–7० (२०१ Ma)

7. विविध

और अब LIGO के बारे में कुछ खबरें:

1. वर्तमान में, LIGO ने O3 कार्य चक्र में पिछले छह महीनों में 26 घटनाओं को पंजीकृत किया है। घटनाओं की निगरानी https://gracedb.ligo.org/superevents/public/O3/ पर की जा सकती है, और एक iPhone के लिए एक पूरा आवेदन है ।
2. सबसे दिलचस्प शायद ब्लैक होल और न्यूट्रॉन स्टार के संलयन की संभावित पहचान के साथ हाल की घटना थी। आप पढ़ सकते हैं, उदाहरण के लिए, एन + 1 या वैज्ञानिक अमेरिकी । , .
3. 100 . , (c 55 130 ). , , .
4. LIGO , , , . . LIGO . , , . , , , , .

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