Ученые освоили управление сложными формами квантового сжатия. Эта новая технология открывает возможности для разработки высокоточных датчиков и мощных квантовых вычислений.
Исследователи из Оксфордского университета совершили значительный прорыв в области квантовой физики. Им впервые удалось экспериментально осуществить и контролировать сложные взаимодействия так называемого «квадсжатия». Новый метод позволяет генерировать и управлять ранее недоступными квантовыми эффектами, что открывает перспективы для квантовых вычислений, сенсорики и моделирования, сообщает Phys.org.
Основой многих физических систем являются квантовые гармонические осцилляторы — объекты, которые колеблются подобно маятнику. Это могут быть световые волны, колебания молекул или движение захваченного иона. Контроль над этими колебаниями является ключом к разработке новых технологий.
Одним из основополагающих явлений считается квантовое сжатие. Согласно законам механики, невозможно одновременно точно измерить некоторые пары свойств, такие как положение и импульс. Сжатие перераспределяет эту неопределенность: одно свойство становится более определенным, а другое — менее. Эта технология уже используется, например, в детекторах гравитационных волн LIGO для увеличения их чувствительности.
Однако ученые долго стремились развить эту тему и создать более сложные взаимодействия — трисжатие и квадсжатие (взаимодействия третьего и четвертого порядка). До недавнего времени это было практически невозможно, поскольку эффекты высших порядков очень слабы и быстро затухают на фоне шума. Оксфордская команда нашла оригинальное решение этой проблемы. Вместо того чтобы напрямую усиливать слабое взаимодействие, они применили к одному захваченному иону две разные, но тщательно контролируемые силы.
«В лабораторных условиях некоммутирующие взаимодействия часто воспринимаются как помеха. Мы же использовали противоположный подход и применили эту особенность для генерации более сильных квантовых взаимодействий», — объясняет ведущий автор исследования доктор Оана Бэзаван.
Взаимодействие сил создало новый, более мощный эффект благодаря некоммутативности — явлению, при котором порядок применения сил влияет на конечный результат. Это позволило не просто суммировать их действие, а получить качественно новое, более сильное взаимодействие. Применяя эту методику, ученые смогли не только генерировать обычное сжатие, но и впервые в истории реализовать квадсжатие. Они могли гибко переключаться между различными типами сжатия, изменяя параметры сил.
«Результат — это не просто создание нового квантового состояния. Это демонстрация нового метода проектирования взаимодействий», — подчеркивает доктор Бэзаван. По словам специалиста, эффект был достигнут более чем в 100 раз быстрее, чем при использовании традиционных методов.
Ученые подтвердили свои результаты, восстановив квантовые состояния движения иона и обнаружив характерные формы, соответствующие различным порядкам сжатия. Ожидается, что в будущем эта технология может стать основой для развития квантовых технологий на разных платформах. Она позволит моделировать сложные физические системы и создавать новые типы сверхточных датчиков.
Фото: hi-tech.mail.ru