The world's lowest noise laser: Researchers outsmart quantum physics
http://www.physorg.com/news120489240.html
http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/multimedial/bilderWissenschaft/2008/01/Schnabel0801/pressebild.html
January 25, 2008
德國 Max Planck Institute for Gravitational Physics 與 Leibniz 大學漢諾威分校的研究者製造出超高品質的雷射光束。為了辦到這件事，他們藉由精確地將光子以一種特殊順序放置，在光子的控制上締造了一項新的世界記錄。
這項結果減少了量子力學 90% 的強烈波動，稱為光子雜訊（photon noise）。在重力波偵測器中利用這種極端安靜（譯註：原文作 quite，應筆誤）的光，能夠大幅增加它們的敏感度。這種所謂的壓縮光（squeezed light）也能夠用於量子金鑰的散佈，在此訊息以金鑰加密，其安全性受到量子力學保證。
光不等於光。這裡有燈泡的日常光線、雷射光與壓縮雷射光。後者因其強度、光子數量在本質上能夠在一定時間內維持固定不變，而顯得格外珍貴。在燈泡的日常光線或甚至在標準雷射光束中，這些光子都會隨機散佈。這受到量子物理學的統計學本質所規定。與陣雨相似，打中地面的雨滴有時多有時少，同樣的有時會有大量光子到達，有時只有一個。這種強度的波動稱為光子雜訊，在靈敏度高的測量中格外惱人。
在 Planck Institute for Gravitational Physics（Albert Einstein Institute）以及 Leibniz 大學漢諾威分校的物理學家將光子雜訊減少了 10 倍（少了 90%）。以術語來說，這種效應稱為壓縮（squeezing，擠壓）。據此，他們創造了新的世界記錄。就在數月之前，他們創了另一項世界記錄，當時他們將雷射光束中的個別光子移動了多達半秒鐘，以便能夠達到更加規律的光子分布。根據 Roman Schnabel，Leibniz 大學漢諾威分校與 Max Planck Institute for Gravitational Physics 的資淺教授表示，"量子物理學的統計本質並沒有被違逆。光子的顯現仍是或然性的，然而，我們能聰明地連接光子對，故它們能以規律的間隔到來。" 這種效應又稱糾結（entanglement）。
更敏感的重力波偵測器
根據 Schnabel 教授表示，"利用我們的技術，我們現在能夠增加重力波偵測器 GEO600 的靈敏度。"這些方法已在較大型的美國 LIGO 偵測器上實作。有了這些偵測器，科學家才能夠偵測到需要極端精確測量的重力波。壓縮光也能應用到光學資料傳輸的任務上。它能用來安全地傳輸密鑰，因為傳輸的任何外部干涉都會導致高度有序的光子序列崩解。"我們只在進行量子密碼學應用的初步研究，" Schnabel 教授表示。
一般來說雷射光束中的強度波動並不明顯，因為每個光子只攜帶微小能量。物理學家必須十分接近觀察才能夠注意到這種波動。這就是他們在 Albert Einstein Institute 所完成的事。他們將雷射光注入重力波偵測器 GEO600 以便測量二面鏡子之間極度微小的距離變化。他們的目標是在宇宙中直接觀測重力波。這些測量如此靈敏，雷射光束的光子雜訊可以清晰可見。
結晶體是光的硬碟
當前所有的重力波偵測器都使用紅外線雷射。Roman Schnabe 等人利用綠光（波長只有紅外線的一半）以及雙折射結晶體，創造出極度劃一的雷射光束，使偵測器受到大幅改進。"綠光雷射使結晶體預備妥當，所以紅外線雷射能夠被壓縮，" Roman Schnabel 說。綠光能使結晶體極化，致使結晶體原子的電子雲能以綠光的頻率震盪。在此狀態下，結晶體能夠貯存來自於紅外線的光子。這也是當紅外線將許多光子送至結晶體時，結晶體所做的事。當光子通量變少時，被貯存起來的光子會置入紅外線雷射中。此法讓更加規律的光子分布得以達成。
※ 後面解說重力波偵測器的偵測方法以及他們所能夠達成的改善，略譯。
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＊ 接近絕對零度的鏡子
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＊ 哈伯觀測到雙重愛因斯坦環
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