В основе открытия лежит одна из самых странных особенностей квантовой механики — неопределенность. В микроскопическом мире положение и скорость частицы невозможно измерить с абсолютной точностью, поскольку они всегда колеблются. Даже в состоянии наименьшей возможной энергии частица все еще испытывает нулевые флуктуации. Квантовое сжатие уменьшает эту неопределенность, создавая более ограниченное состояние, чем допускает квантовый предел, пишет IE.

Перенеся этот подход на наночастицы, команда ученых из Токийского университета создала новую платформу для изучения квантовых законов в масштабах, превышающих атомные, но все еще значительно меньших, чем масштаб обычных объектов. «Хотя квантовая механика успешно применялась к микроскопическим частицам, таким как фотоны и атомы, до сих пор не было известно, насколько она верна в макроскопических масштабах», — сказал Киётака Айкава, руководитель научной группы.

Для того чтобы восполнить этот пробел, ученые взяли наноскопическую частицу стекла, заставили ее левитировать в вакууме и охладили до практически минимально возможного уровня энергии. Левитирующая наночастица в вакууме представляет собой изолированную систему, в которой исследователи могут изучать переход между классической и квантовой механикой. Она также служит испытательным стендом для создания новых квантовых устройств.

Тщательно регулируя условия ловушки, исследователи смогли измерить распределение скоростей движения частицы. Ключевой момент наступил, когда они обнаружили, что в определенный момент распределение скоростей оказалось более узким, чем квантовая неопределенность, ожидаемая в основном состоянии частицы. Это сужение было несомненным признаком квантового сжатия.

На то, чтобы подобрать правильные условия, при которых система работала бы стабильно, у ученых ушли годы. «Когда мы нашли условие, которое можно было надежно воспроизвести, — говорит Айкава, — мы поразились, насколько чувствительной оказалась левитирующая наночастица к колебаниям окружающей среды».

Помимо чисто научного значения, результаты исследования имеют и практический потенциал. Сверхчувствительные квантовые датчики, разработанные на основе этого принципа, могут обеспечить точность навигации, не зависящую от спутниковых сигналов. Также они могут пригодиться в таких областях, как медицина, геология и связь.

Трение — основной ограничивающий фактор транспортных систем, к примеру, конвейерных лент. Новая технология сверхбыстрой левитации, разработанная учеными из Японии, направлена на устранение этого ограничения. Она позволяет повысить скорость и точность перемещения небольших предметов и облегчает транспортировку миниатюрных объектов, включая механические, электронные, химические и биомедицинские продукты.