Физика

«Квантовая отрицательность» увеличит точность измерений

National University of Singapore

Физики из Кембриджского университета и Массачусетского технологического института показали, что квантовые частицы могут нести неограниченное количество информации об объектах, с которыми они взаимодействовали. Обнаруженное учеными свойство под названием «квантовая отрицательность» может в перспективе помочь более точно измерить множество параметров — от расстояний между атомами до сигналов от гравитационных волн. Статья об открытии опубликована в журнале Nature Communications.

Квантовая метрология — относительно новая дисциплина квантовой науки. Она основана на использовании квантов для проведения сверхточных измерений. Планируется, что исследования в этой области позволят создать новые прецизионные методы измерения межатомных расстояний и даже таких явлений, как гравитационные волны.

Мы привыкли использовать показатель вероятности в пределах от 0% (явление не может произойти) до 100% (явление происходит всегда). Однако для объяснения явлений квантового мира понятие вероятности необходимо расширить, включив в него так называемую квази-вероятность, которая может быть отрицательной. Эта квази-вероятность позволяет объяснить на математическом языке квантовые концепции, такие как квантовая запутанность и корпускулярно-волновой дуализм. К примеру, вероятность того, что атом находится в определенном положении и движется с определенной скоростью, может быть отрицательным числом.

Эксперимент, объяснение которого требует отрицательных вероятностей, как говорят, обладает «квантовой отрицательностью». Теперь ученые доказали, что эта квантовая отрицательность может помочь проводить более точные измерения. «Мы адаптировали инструменты из стандартной теории информации к квази-вероятностям и показали, что, если фильтровать квантовые частицы определенным образом, можно передавать информацию от миллиона квантовых частиц через одну, — говорит ведущий автор статьи, сотрудник Кавендишской лаборатории Кембриджского университета Дэвид Арвидссон-Шукур. — Это означает, что детекторы смогут получать информацию с гораздо более высокой скоростью, чем раньше. Обычная теория вероятности запрещает это, но квантовая отрицательность делает такое явление возможным».

Авторы работы уже приступили к созданию технологии, которая позволит использовать новые теоретические результаты на практике. Цель исследователей — создать квантовое устройство, которое использует однофотонный лазерный луч для обеспечения невероятно точных измерений оптических компонентов. Эти измерения имеют решающее значение для создания новых технологий, таких как фотонные квантовые компьютеры.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.