Фізики з Університету Кембриджу вперше отримали поодинокі стислі фотони, використовуючи для цього процес флуоресценції. Експеримент, поставлений авторами був передбачений теоретично 30 років тому, але тільки зараз його вдалося втілити в життя. Робота опублікована в журналі, коротко про неї можна прочитати в прес-релізі університету.
Вимірювання параметрів у квантових системах неминуче заважають особливі неточності - флуктуації. Вони виникають завдяки принципу невизначеності Гейзенберга - закону квантового світу, що забороняє одночасно дуже точно визначити два параметри, наприклад, координату та імпульс частинки. З нього випливає, що якщо ми накладемо обмеження на одну з таких величин, то невизначеність іншої величини від цього зросте. Найближчою аналогією флуктуацій є шуми, які з'являються при спробі виміряти якийсь параметр світла.
Невизначеність реалізується навіть для вакууму - через неї виникають так звані вакуумні флуктуації. Їм схильні навіть такі, здавалося б, ідеальні джерела світла, як лазери. У новій роботі автори змогли зменшити шуми в потоці фотонів, настільки, що вони стали навіть менше, ніж у вакуумі - фізики отримали стислі фотони.
Стиснутими станами світла називаються такі стани, в яких дисперсія флуктуацій (можливих коливань) одного параметра системи менше, ніж у іншого, пов'язаного з ним. Такими параметрами можуть бути, наприклад, компоненти комплексної амплітуди хвилі світла.
Для створення стисненого стану фізики опромінювали квантову точку (нанокристал напівпровідника) за допомогою дуже слабкого лазерного випромінювання. Квантова точка в експерименті виконувала роль «штучного атома», системи з двома енергетичними рівнями, здатної поглинати і випускати кванти світла. Біля випущених фотонів вдалося знизити рівень шумів квадратурної компоненти амплітуди на три відсотки порівняно з вакуумними флуктуаціями. Це природним чином призвело до збільшення шумів у іншого параметра фотона. За допомогою спеціальної техніки вимірювань автори змогли показати, що стиснення спостерігається навіть біля одиничних фотонів.
Перші експериментальні роботи з квадратурного стиснення світла були проведені ще в 1985-1987 роках, проте спочатку для цього використовувалися нелінійні оптичні середовища. Використання ж флуоресценції було запропоновано досить давно, проте протягом 30 років поставити експеримент було неможливо технічно. Нова робота дозволила переступити через обмеження завдяки використанню квантових точок - вони поліпшили якість детекції стислих фотонів майже в 100 разів.