Подход команды ученых из Университета Чикаго основан на резонаторной квантовой электродинамике (QED). В типичном эксперименте QED атомы или иные частицы помещаются между двумя зеркалами, образующими оптический резонатор. Все атомы взаимодействуют со светом одинаково: у всех одинаковый уровень энергии, одинаковая связь с полем. Из-за высокой симметрии получаемые квантовые состояния ограничены — например, они плохо подходят для измерения градиентов полей. Ученые давно хотели нарушить симметрию, но боялись, что система станет хаотичной и неуправляемой.

Исследователи нашли прямой способ снижения симметрии системы, пишет Science Daily. Добавив лазеры или магнитные поля, можно сдвигать энергию возбужденных состояний у различных групп атомов. Атомы группируются в пары так, что у каждого равный по силе, но противоположный энергетический сдвиг. При этом все атомы продолжают взаимодействовать с одним и тем же резонаторным полем, но их динамика становится разной.

Ученые продемонстрировали, что вариант предложенной ими системы, содержащий две группы атомов, может быть использован для измерения градиентов поля. Когда два атомных ансамбля помещаются в разные места, результирующее квантовое состояние отражает разницу между локальными магнитными или гравитационными полями. В то же время оно естественным образом отфильтровывает фоновый шум, который одинаково влияет на обе точки.

Таким образом, физики получают возможность использовать запутанность для создания чрезвычайно чувствительных датчиков, и при этом обеспечивать устойчивость к большим уровням шума. «Обычно запутанность очень хрупка, — пояснил Аашиш Клерк, главный автор статьи. — Этот подход обладает удивительной устойчивостью».

Еще одно преимущество в том, что информацию, хранящуюся в этих квантовых состояниях, можно извлечь с помощью стандартной интерферометрии Рамзея, что устраняет необходимость в специализированных или экзотических методах измерения.

Пока это теоретическая работа, но ученые уже обсуждают возможность проведения экспериментов. Также они ищут более интересные способы расположения атомов в системе и исследуют весь спектр квантовых состояний, на который способен их метод.

Международная группа ученых впервые проследила в реальном времени за перемещением момента импульса внутри кристаллической решетки — и обнаружила нечто неожиданное. Атомы могут внезапно начать вращаться в другом направлении, не нарушая при этом закона сохранения момента импульса.