Logo
Cover

Почти век назад физик Вернер Гейзенберг, изучавший законы квантовой механики, сформулировал фундаментальные ограничения точности измерения определенных свойств микроскопических объектов. Однако, как выяснила международная команда исследователей, те же законы способны значимо повысить точность до уровня, который ранее не представлялся возможным. Новый метод может оказаться полезен для широкого спектра технологий, от медицины до квантовой коммуникации.

«Мы смогли раздвинуть границы варианта „принципа неопределенности“ Гейзенберга в некоторых обстоятельствах, указав на то, что для других сценариев могут быть необходимы другие принципы неопределенности», — заявили исследователи Лоркан Конлон и Сиед Ассад на страницах издания The Conversation.

Изучать свойства микроскопических, квантовых объектов вроде электронов или фотонов намного сложнее, чем больших. Машина, например, не изменит цвет или скорость, если мы узнаем ее точное расположение в пространстве. А вот у электронов все устроено именно так. Другими словами, отдельные свойства квантовых объектов соединены друг с другом. Измерение одного воздействует на другое.

Связь между этими свойствами — прямое проявление принципа неопределенности Гейзенберга. Невозможно одновременно измерить два сопряженных свойства квантового объекта с желаемой степенью точности: чем больше ты знаешь об одном, тем меньше знаешь о другом. Хотя этот принцип накладывает ограничение на измерения, на практике очень сложно приблизиться к пределу точности измерения одного из свойств. Тем не менее, это важно и для науки, и для развития новых технологий.

Команда ученых из разных стран разработала метод более точного определения сопряженных свойств квантовых объектов. В его основе лежит квантовая запутанность. Когда два объекта спутаны между собой, их свойства можно измерить с большей точностью, чем в случае незапутанных объектов.

Для создания двух идентичных квантовых объектов и их последующего спутывания ученые использовали квантовые компьютеры, способные управлять этими объектами с высокой точностью.  Измерив спутанные объекты, исследователи подтвердили верность своей гипотезы: в результате этого процесса снижается уровень помех в измерениях, а значит — повышается точность.

В теории, можно также запутать и измерить три и более квантовых системы. Это позволило бы добиться еще больше точности. Однако экспериментально доказать это предположение ученые пока не сумели.

Недавно физики из Брукхейвенской национальной лаборатории США наткнулись в ходе исследований на совершенно новый тип квантового феномена, который связывает частицы на любом расстоянии. В экспериментах с ускорителем частиц это явление дало им возможность рассмотреть во всех подробностях внутренности ядер атомов.