Новое устройство, работающее на основе квантовых принципов, вскоре может заменить подобные механические, которые широко используются в настоящее время.

«На пути лазерного пучка ставится диск с отверстиями определенной формы. Он быстро вращается, и лазерный свет то прерывается, то проходит через отверстие. Тогда на выходе получаются дискретные импульсы, – рассказывает о принципе действия механического прерывателя света главный научный сотрудник Главной (Пулковской) астрономической обсерватории РАН и главный научный сотрудник лаборатории «Космология» Казанского федерального университета, профессор Владимир Мостепаненко. – Для получения импульсов одной и той же продолжительности нужно, чтобы этот диск вращался со строго постоянной угловой скоростью. Поддерживать скорость с очень высокой точностью крайне сложно. Если угловая скорость вращения чуть-чуть меняется, то на выходе получаются уже не вполне одинаковые импульсы».

Группа российских физиков (Владимир  Мостепаненко, Галина Климчицкая и Виктор Петров) совместно с научной группой, которой руководит профессор Дармштадского технического университета (Германия) Тео Чуди, придумала новое устройство – квантовый прерыватель лазерных пучков света, который использует баланс между световым давлением и силой Казимира. Эффект Казимира – это взаимное притяжение двух расположенных на расстоянии в десятки и сотни нанометров друг от друга проводящих незаряженных тел под действием квантовых флуктуаций вакуума.

«Предложенный нами квантовый прерыватель для создания дискретных световых импульсов представляет собой микрорезонатор Фабри-Перо, состоящий из двух параллельно расположенных и обращенных друг к другу зеркал, одно из которых, например правое, может отклоняться под действием светового давления и силы Казимира, – объясняет Владимир Михайлович. 

Если расстояние между зеркалами L составляет всего половину длины волны света, падающего на резонатор, он начинает проявлять интересные свойства (для видимого света L изменяется в диапазоне 200-400 нанометров). При выполнении данного условия давление света в микрорезонаторе Фабри-Перо резко усиливается, что приводит к отклонению правого зеркала и к уменьшению величины силы Казимира, притягивающей зеркала друг к другу. В результате условие резонанса в зазоре микро-резонатора нарушается и излучение, которое там накопилось, выходит наружу. При этом сила Казимира возвращает правое зеркало в исходное положение, условие резонанса восстанавливается и все повторяется сначала. Таким образом, наличие в зазоре микрорезонатора Фабри-Перо баланса между силой Казимира и силой светового давления, совпадающих в определенные моменты по величине, но отличающихся знаком, приводит к цикличности работы этого устройства».

Ученый отмечает, что при помощи разработанного российско-немецкой группой микроустройства можно создавать требуемую периодичность световых импульсов в оптических системах коммуникации. Главное преимущество квантового прерывателя, по сравнению с механическим, заключается в том, что он работает без ошибок, возникающих за счет не вполне равномерно вращающихся деталей.

Российские физики осуществляли теоретические разработки, связанные с созданием нового микроустройства. По результатам исследований ими опубликована статья в престижном международном журнале Physical Review Applied. Кроме того, полученные результаты были представлены на двух международных конференциях, состоявшихся в 2018 году в Санкт-Петербурге и Варшаве. Все экспериментальные работы в настоящее время проводят немецкие ученые.