Redução do Ruído Quântico

O Advanced Virgo utiliza a técnica de “luz comprimida” para obter a Redução do Ruído Quântico (QNR). A compressão altera o equilíbrio entre as flutuações da luz que produzem o ruído de disparo e o ruído da pressão de radiação, permitindo assim que o Advanced Virgo ganhe sensibilidade.
Durante a terceira série de observações O3, o Advanced Virgo utilizou regularmente a compressão para reduzir o ruído de disparo, aumentando em cerca de 40% a sensibilidade acima de 200 Hz: este ganho a altas frequências é conseguido através da compressão das flutuações quânticas de fase, em detrimento das flutuações quânticas de amplitude. Por conseguinte, o ruído de disparo é reduzido enquanto o ruído da pressão de radiação aumenta; mas isso não foi uma preocupação, pois durante O3 o ruído da pressão de radiação não estava a limitar a sensibilidade. Esta técnica é designada por compressão independente da frequência (FIS), uma vez que tem o mesmo efeito (redução do ruído de disparo e aumento do ruído da pressão de radiação) em todas as frequências. A redução do ruído que proporciona é equivalente ao aumento da potência do laser de entrada, uma operação que é normalmente bastante complexa devido aos efeitos térmicos que acompanham as alterações de potência. Os estados comprimidos do campo eletromagnético quântico do vácuo são gerados por um sistema ótico dedicado, gentilmente cedido pelo Instituto Albert Einstein (AEI, Alemanha), e injectados no Advanced Virgo antes do Limpador do Modo de Saída, depois de atravessarem uma porta ótica que separa o ambiente do Virgo no vácuo.

A maior sensibilidade esperada para o Advanced Virgo nas próximas execuções O4 e O5 torna importante manter sob controle também o ruído da pressão de radiação. É por esta razão que o Advanced Virgo implementará um esquema de compressão dependente da frequência (FDS): este esquema permite comprimir as flutuações de fase a alta frequência (enquanto aumenta a pressão de radiação quântica, sem importância nesta banda de frequência), como no FIS, mas ao mesmo tempo comprimir também as flutuações de amplitude a baixas frequências (aumentando o ruído de disparo onde não é uma preocupação). Com o FDS, a sensibilidade do Advanced Virgo pode assim ser melhorada em todas as frequências.
Para conseguir o FDS, foi necessário instalar uma cavidade ótica adicional de 300 metros de comprimento, com perdas ultra-baixas, paralela ao Braço Norte: é a chamada Cavidade do Filtro. Antes de entrar no interferômetro a partir da porta escura do divisor de feixe, os estados quânticos da luz gerados pelo mesmo sistema fornecido pela AEI são refletidos pela cavidade do filtro: desta forma, a compressão passa de uma compressão de ruído de fase a altas frequências para uma compressão de ruído de amplitude a baixas frequências. Diz-se que a compressão é “rodada em função da frequência”.