• Ученые из МФТИ и ВНИИА разработали теорию, показывающую, как облако свободных электронов, рожденных при ионизации газа мощным лазером, может изменять квантовую природу лазерного света.
• Работа предсказывает формирование неклассических и негауссовых состояний света, включая состояния с кольцеобразной функцией Вигнера.
• Открытие открывает новые пути к созданию и управлению светом для будущих квантовых технологий.
• Взаимодействие сверхмощных лазерных импульсов с веществом является передовым краем современной физики и позволяет изучать сверхбыстрые электронные процессы.
• Российские физики-теоретики разработали точно решаемую модель, описывающую взаимодействие сильного квантованного лазерного поля с ансамблем свободных электронов.
• Модель учитывает когерентность взаимодействия всего ансамбля электронов с полем и плотность свободных электронов.
• Результаты работы показывают, что взаимодействие со свободными электронами является существенным и недооцененным механизмом изменения квантового состояния лазерного поля.
• Предложенный механизм может стать новым способом генерации неклассических состояний света и может быть использован для достижения квантового вычислительного преимущества.

Евгений Андрианов, старший научный сотрудник и доцент кафедры теоретической физики им. Л. Д. Ландау МФТИ, так прокомментировал полученные результаты: «Наше исследование открывает удивительную картину: даже сверхмощный лазерный импульс, который мы привыкли считать почти классической волной, оказывается чутко реагирует на созданное им же облако свободных электронов, его квантовая природа претерпевает глубокие трансформации. Мы показали, что эти электроны – не просто «побочный продукт» ионизации, но также способны «сжимать» свет и придавать его квантовому портрету, функции Вигнера, причудливую кольцеобразную форму. Нами двигал не просто академический интерес. Понимание и умение управлять такими неклассическими и негауссовыми состояниями света открывает прямые пути к новым квантовым технологиям, от более мощных квантовых компьютеров до защищенных систем связи».