Принцип неопределенности Гейзенберга, который гласит, что невозможно одновременно измерить положение и импульс частицы с абсолютной точностью, долгое время считался незыблемым в квантовой механике. Однако ученые нашли способ обойти это ограничение, не нарушая фундаментальных законов физики, открыв новый метод точных квантовых измерений.
Суть этого подхода заключается в том, что вместо прямого измерения полного положения и импульса физики фиксируют их модульные версии. Это усеченные показатели, которые содержат почти всю необходимую информацию, но распределяют неопределенность таким образом, чтобы она не мешала проведению измерений. Это позволяет сосредоточиться на важных для квантовых сенсоров мелких колебаниях и изменениях, не тратя время на глобальные параметры, которые в данном контексте менее значимы.
Исследователи сравнивают это с тем, как воздух в шарике можно сжать, чтобы переместить его в менее значимые области. Таким образом, неизбежные колебания положения и импульса смещаются в большие диапазоны, что позволяет точнее фиксировать важные детали.
Ученые сравнивают этот метод с часами: часовая стрелка дает приблизительное время, но минутная – точное. В эксперименте лишние колебания удаляются, а ключевая информация измеряется с максимальной точностью. Это важно для квантовых датчиков, регистрирующих слабые сигналы, такие как магнитные поля или микроскопические изменения температуры.
Для проверки своей идеи команда создала инженерную квантовую систему, вдохновленную методами коррекции ошибок в квантовых вычислениях. Им удалось измерить модульное положение и импульс захваченного иона внутри квантового компьютера с высокой точностью, отделяя реальные сигналы от шумов, которые обычно затрудняют обработку данных.
Физики подчеркивают, что квантовые вычисления и датчики являются двумя сторонами одной медали: первые направлены на устранение шума, а вторые – на выделение сигнала. Чем точнее сигнал, тем легче управлять шумом.
Метод открывает перспективы для создания высокочувствительных квантовых сенсоров, полезных в навигации без GPS, биомедицинском мониторинге и астрономии. Особенно эффективен в сочетании с квантовыми компьютерами для точной настройки и обнаружения минимальных отклонений в сложных системах.
Идея модульных измерений основана на перераспределении информации. Вместо фиксации всей «глобальной картины» положения и импульса система жертвует менее значимой информацией для точного отслеживания локальных изменений. Это повышает чувствительность приборов без нарушения принципа неопределенности.
Потенциал этого метода огромен: от метрологических технологий и новых стандартов калибровки до практического применения в медицине и геофизике.
«Мы живем в эпоху стремительного развития квантовых технологий. Важно не только создавать приборы, но и понимать, как использовать законы квантовой механики для извлечения максимальной пользы. Возможности практически безграничны», – заключают разработчики.
Источник: naukatv.ru
распечатать статью
