Технология полусферического зеркала приводит к квантовому снижению шума

Новости сегодня - Технология полусферического зеркала приводит к квантовому снижению шума

Исследователи из Университета Суонси обнаружили способ использования зеркал для значительного снижения квантового шума, который нарушает работу крошечных частиц. Этот прорыв может показаться волшебным, но он основан на квантовой физике.

Когда ученые измеряют чрезвычайно малые объекты, такие как наночастицы, они сталкиваются со сложной задачей: простое наблюдение за этими частицами их возмущает. Это происходит потому, что фотоны, частицы света, используемые для измерения, «отталкивают» крошечные частицы, с которыми они сталкиваются, эффект, известный как «обратное действие».

В новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Research , группа ученых с физического факультета университета выявила замечательную связь: эта связь работает в обоих направлениях.

Аспирант Университета Суонси Рафал Гаевски, первый автор исследования, сказал: «Наша работа показала, что если создать условия, в которых измерение становится невозможным, то и возмущение исчезает».

«Используя полусферическое зеркало с частицей в центре, мы обнаружили, что при определенных условиях частица становится идентичной своему зеркальному отображению . Когда это происходит, вы не можете извлечь информацию о положении из рассеянного света , и в то же время квантовое обратное действие исчезает».

Этот прорыв таит в себе потенциал для ряда интересных применений, включая:

• Создание квантовых состояний с объектами, намного большими, чем атомы
• Тестирование фундаментальной квантовой физики в беспрецедентных масштабах
• Проведение экспериментов, исследующих границу между квантовой механикой и гравитацией
• Разработка сверхчувствительных датчиков для обнаружения малых сил

Эти результаты могут оказаться особенно ценными для таких амбициозных проектов, как MAQRO (макроскопические квантовые резонаторы), предлагаемой космической миссии, целью которой является проверка квантовой физики с использованием более крупных объектов, чем когда-либо прежде.

Доктор Джеймс Бейтман, руководивший исследованием, сказал: «Эта работа раскрывает нечто фундаментальное в отношении связи между информацией и возмущением в квантовой механике . Что особенно удивительно, так это то, что обратное действие исчезает именно тогда, когда рассеяние света максимизируется — противоположность тому, что могла бы подсказать интуиция».

«Создавая среду вокруг квантового объекта, мы можем контролировать доступную о нем информацию и, следовательно, контролировать квантовый шум, который он испытывает. Это открывает новые возможности для квантовых экспериментов и потенциально более чувствительных измерений».

Команда работает над экспериментальными демонстрациями и изучает практические приложения, которые могут привести к созданию нового поколения квантовых датчиков.

Это исследование является частью развивающейся области «левитирующей оптомеханики», которая использует лазеры для подвешивания и управления мельчайшими частицами в вакууме; недавние эксперименты уже охладили частицы до их самого низкого возможного уровня энергии — основного квантового состояния — что показывает, насколько ученые могут контролировать эти системы.

Новости партнеров: