Физики нашли способ обойти принцип неопределенности Гейзенберга
Согласно принципу неопределенности, сформулированному Вернером Гейзенбергом еще в 1927 году, невозможно одновременно с безграничной точностью знать координату частицы и ее импульс. Чем точнее мы пытаемся измерить одно, тем больше неопределенность в другом. Однако команда физиков под руководством д-ра Тингрея Тана из Сиднейского университета предложила и продемонстрировала на эксперименте необычный «компромисс», который позволяет обойти этот принцип.
Ученые объясняют это так: неопределенность можно представить в виде воздуха в шаре: она не исчезает, но ее можно «перемещать». Именно таким образом можно сместить квантовый шум в те области, которые для измерений не важны, и тем самым получить гораздо более точные данные о том, что действительно представляет интерес.
Для наглядности авторы работы привели аналогию с часами. Если смотреть только на часовую стрелку, легко понять, который час, но минуты будут определены очень грубо. Если сосредоточить внимание только на минутной стрелке — получится наоборот. Но сочетая подходы, можно получить баланс: потеряв часть «глобального» знания, удается заметить мельчайшие изменения. В квантовой системе это означает возможность намного точнее фиксировать изменения положения и импульса частицы.
В эксперименте специалисты использовали колебание захваченного иона — квантовый аналог маятника. Физики подготовили его в так называемых «сетчатых состояниях», изначально разработанных для квантовых вычислений. Именно благодаря этому подходу удалось выйти за пределы стандартного квантового лимита точности, который был недостижим для классических датчиков.
При этом принцип Гейзенберга не нарушается. Как отмечают ученые, метод оптимизирован именно для регистрации слабых сигналов, где важны мельчайшие детали. В будущих приложениях такая стратегия может сделать сенсоры более чувствительными и способными обнаруживать сигналы, ранее терявшиеся в шуме.
Применений открытия может быть множество: от навигации под землей и в космосе, где отсутствует GPS, до медицинской визуализации и мониторинга гравитационных систем. Ученые надеются, что, подобно тому как атомные часы изменили телекоммуникации и навигацию, новые квантовые сенсоры помогут стать основой для целых отраслей технологий будущего.
Тем временем физики представили 3000-битную квантовую систему: узнайте, зачем она нужна.
