Физики преодолели стандартный квантовый предел с помощью «квантовой жути»

Исследователи объединили две самые «жуткие» особенности квантовой механики, чтобы создать сверхточный квантовый датчик.

Альберт Эйнштейн называл квантовую запутанность «созданием жутких действий на расстоянии», другая «пугающая» особенность — делокализация, то есть способность частицы находиться в нескольких местах одновременно. Группа физиков под руководством Национального института стандартов и технологий США (NIST) впервые использовали оба этих эффект для создания сверхчувствительного датчика.

Чтобы запутать два объекта, обычно нужно поднести их очень-очень близко друг к другу, чтобы они могли взаимодействовать. В своей работе исследователи использовали альтернативный способ. Они запутывали атомы, используя свет, отражающийся между зеркалами, называемыми оптическими резонаторами. Таким способом можно запутать до миллиона атомов, находящихся на расстоянии нескольких миллиметров и более друг от друга.

Второе направление исследований было связано с делокализацией. Исследователи использовали импульсы света, чтобы заставить атомы одновременно двигаться и не двигаться, поглощая и не поглощая лазерный свет. Это заставляет атомы с течением времени одновременно находиться в двух разных местах сразу.

Мы направляем лазерные лучи на атомы, поэтому мы фактически разделяем квантовый волновой пакет каждого атома на две части, другими словами, частица фактически существует в двух отдельных пространствах одновременно.

Ченги Луо, аспирант NIST и соавтор работы

Объединив два этих эффекта, исследователи создали на основе оптического резонатора материя-волновой интерферометр. Этот прибор измеряет ускорение свободного падения с точностью, превышающей стандартный квантовый предел. Это ограничение, накладываемое на точность непрерывного или многократно повторяющегося измерения, связанное с квантовыми шумами незапутанных атомов.

Авторы исследования полагают, что сенсоры, которые будут использовать запутанность и делокализацию вместе, в будущем обеспечат более точную навигацию, помогут исследовать природные ресурсы, более точно определять фундаментальные константы и искать темную материю.