Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Новый квантовый метод позволил рекордно повысить точность измерений положения и скорости частицы
Новый метод позволил одновременно измерить положение и импульс частицы с точностью выше стандартного квантового предела. Этот подход обходит принцип неопределенности Гейзенберга, открывая путь к созданию необычных сверхточных датчиков.
В основе квантовой механики лежит принцип неопределенности, сформулированный Вернером Гейзенбергом в 1927 году. Он гласит, что невозможно с безграничной точностью одновременно знать определенные пары свойств частицы. Самый известный пример — положение и импульс: чем точнее измеряется, где находится частица, тем менее точно можно определить ее импульс, и наоборот. Это не недостаток измерительных приборов, а фундаментальное свойство природы.
Оно создает естественную преграду для развития сверхчувствительных технологий. Точность любых измерений в итоге упирается в «стандартный квантовый предел» — лучший результат, достижимый с помощью классических подходов. Преодоление этого предела требует стратегий, которые позволили бы «обмануть» природу, не нарушая ее законов.
Новый подход предложила команда физиков из Австралии и Великобритании. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
Ученые не нарушили принцип Гейзенберга, а нашли способ его обойти, перераспределив неизбежную квантовую неопределенность. Они сравнили ее с воздухом в воздушном шаре: его нельзя убрать, не лопнув шар, но можно сжать и переместить в другую часть. Исследователи «вытеснили» неопределенность в те области измерений, которые не имели для них значения, — в грубые, большие значения. Это позволило с высокой точностью измерять интересующие их мелкие изменения.
Команда использовала колебания одиночного захваченного иона иттербия, который служил своего рода квантовым маятником. С помощью лазеров ион подготовили в особом «решетчатом состоянии» — этот метод позаимствовали из области разработок квантовых компьютеров. Вместо того чтобы измерять положение и импульс напрямую, они измеряли их «модульные» аналоги.
Это можно сравнить с тем, как если бы бесконечную линейку свернули в кольцо: при измерении теряется информация о том, на каком «витке» линейки находится точка, но взамен появляется возможность очень точно определить ее положение внутри этого кольца.
Точно так же исследователи отказались от глобальной информации о системе, чтобы сконцентрироваться на измерении мельчайших изменений. Главный трюк в том, что эти новые, модульные переменные при правильной настройке становятся совместимыми, или, на языке физики, коммутирующими. Для такой пары переменных ограничение принципа неопределенности в его привычной форме уже не действует, что и позволяет измерять их одновременно.
Ион иттербия подготовили в особом, неклассическом «решетчатом состоянии». Если представить состояние частицы на графике, где по осям отложены положение и импульс, то такое состояние выглядит как регулярная сетка из множества четких пиков. Каждый пик в этой решетке соответствовал определенным модульным значениям положения и импульса.
Ученые подвергали ион небольшим смещениям и затем измеряли изменения его состояния. Когда на систему шло небольшое внешнее воздействие, вся эта решетка как единое целое смещалась на крошечную величину. Измеряя этот сдвиг с помощью лазерных манипуляций, физики и определяли изменение положения и импульса одновременно с точностью, превосходящей стандартный квантовый предел.
Метод протестировали и для другой пары несовместимых величин — числа частиц и фазы. В результате точность измерений превысила стандартный квантовый предел на 5,5 децибела для пары «положение — импульс» и на 3,2 децибела для пары «число — фаза».
Хотя работа находится на лабораторной стадии, она демонстрирует новую основу для будущих сенсорных технологий. Подход не заменяет существующие, а дополняет арсенал инструментов квантовой метрологии.
Технологии, основанные на этом принципе, могут привести к созданию сверхчувствительных датчиков для навигации в условиях отсутствия GPS — например, на подводных лодках или в космосе, — а также для медицинской визуализации, изучения гравитационных волн и поиска темной материи.
Telegram 
Дзен 
VK Паническое расстройство характеризуется физическим напряжением, усиленным сердцебиением и одышкой. Ученые из Бразилии нашли способ бороться с этим недугом, создавая схожее физическое напряжение, но в спокойной и контролируемой обстановке — во время физупражнений.
Новое исследование показало, что сплоченное сообщество людей, проживающих на крайнем юге Пелопоннесского полуострова, более тысячи лет было генетически изолировано и может проследить свои корни вплоть до бронзового века.
За десятки километров от побережья Гренландии лежат скалистые острова Китсиссут, которые на первый взгляд кажутся неприступными для людей, не имеющих современных лодок и других технологий. Однако авторы нового исследования выяснили, что тысячи лет назад люди все же смогли достичь этих суровых земель. Мореплаватели каменного века не просто посещали острова — они обосновались там, совершив одно из самых длинных и опасных морских путешествий в истории древней Арктики.
В 1980-х годах большую популярность приобрела борьба с озоновыми дырами. Из-за нее хладагенты из хлорфторгулеродов заменили на аналоги из гидрофторуглеродов. Теперь ученые выяснили, что эта замена — как и следующие за ней, уже в рамках борьбы с глобальным потеплением — ведет к накоплению в атмосфере довольно опасных «вечных химикатов».
Группа ученых представила расчеты, по которым события в центре Млечного Пути можно объяснить без черной дыры. Правда, с физической точки зрения новое объяснение существенно более экзотично — настолько, что возникает вопрос о его соответствии бритве Оккама.
Ученые из МФТИ, НИУ ВШЭ и ОИВТ РАН показали, что жидкость может перейти в стеклообразное состояние под действием давления. Эта работа не только раскрывает механизм перехода, заполняя пробелы в фундаментальных вопросах физики, но и предлагает подход, с высокой точностью моделирующий поведение материалов в экстремальных условиях.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии