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 Ученые из МФТИ разработали и предложили новую систему единиц для электродинамики, способную примирить два главенствующих, но исторически несовместимых подхода. Эта компромиссная система, названная авторами физико-технической (ФТ), сохраняет практическое удобство Международной системы единиц (СИ), используемой инженерами по всему миру, и в то же время отражает теоретическую стройность и симметрию гауссовой системы (СГС), предпочитаемой физиками-теоретиками.
Ученые из коллаборации LIGO, VIRGO и KAGRA впервые зафиксировали гравитационно-волновые события, указывающие на существование черных дыр второго поколения — «потомков» предыдущих слияний. Открытие позволит понять, как именно во Вселенной рождаются сверхмассивные черные дыры.
Эксперимент, устроенный в морском аквариуме в Лос-Анджелесе, продемонстрировал, что акулы и скаты, принадлежащие к пластиножаберным рыбам, могут обладать более высоким уровнем интеллекта. Значит, им необходима обогащенная среда обитания при содержании в неволе.
Ученые из МФТИ разработали и предложили новую систему единиц для электродинамики, способную примирить два главенствующих, но исторически несовместимых подхода. Эта компромиссная система, названная авторами физико-технической (ФТ), сохраняет практическое удобство Международной системы единиц (СИ), используемой инженерами по всему миру, и в то же время отражает теоретическую стройность и симметрию гауссовой системы (СГС), предпочитаемой физиками-теоретиками.
Исследователи объяснили, как цивилизация майя добивалась высокой точности в предсказании солнечных затмений на протяжении столетий. Для коррекции накапливающихся астрономических неточностей они использовали сложную систему пересекающихся календарных таблиц.
В последние годы содержание кошек дома без возможности свободного выгула все чаще преподносят как идеальную модель, которая ограждает дикую фауну от нападений и обеспечивает благополучие самих питомцев. Подобные утверждения в разных частях мира звучат от некоторых защитников природы и представителей властей. Однако группа ветеринаров из Австралии и Дании недавно раскритиковала такой подход. Ученые не спорят с тем, что кошки влияют на уязвимые экосистемы и что ограничение их свободы — действенная мера по смягчению этого эффекта. Тем не менее исследователи настаивают, что жизнь в изоляции для питомцев совсем не благо. Заявляющие обратное как минимум ошибаются, а в худшем случае намеренно вводят общественность в заблуждение.
Проанализировав данные наблюдений, полученных с помощью наземных обсерваторий за последние два десятилетия, астрономы обнаружили потенциально обитаемый мир — суперземлю Gliese 251 c (GJ 251 с). Планета обращается вокруг красного карлика на расстоянии около 18 световых лет от Земли и считается одним из самых перспективных кандидатов для поисков жизни.
В современном доме, насыщенном разнообразной техникой, удлинители стали незаменимым атрибутом, позволяющим обеспечить электропитанием все необходимые устройства. Однако мало кто задумывается, что привычное использование этого аксессуара может нести серьезную угрозу безопасности. По статистике, значительная часть бытовых пожаров происходит из-за неправильной эксплуатации электропроводки и вспомогательных устройств. Какие приборы категорически нельзя подключать через удлинители и почему это может привести к трагическим последствиям, рассказывает профессор кафедры наноэлектроники РТУ МИРЭА, доктор физико-математических наук Алексей Юрасов.
Согласно новой гипотезе, сознание возникает не только из-за активности нейронов, но и благодаря физическим процессам — электромагнитным полям от движения жидкости в мозге. Эта модель, как и ее предшественники, пока носит теоретический характер, но предлагает нестандартный взгляд на проблему синхронизации работы разных отделов мозга.
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