Насколько точными могут быть измерения? Представьте себе точное измерение кристалла кварца всего несколькими фотонами.
Насколько точными могут быть измерения? Сегодня мы можем перейти на квантовый уровень. Оказавшись там, на пути стоят только технические ограничения. Одним из препятствий на пути к большей точности является принцип неопределенности Гейзенберга. Это означает, что вы не можете одновременно измерить положение и скорость данной частицы. Либо одно, либо другое.
При точности измерений, особенно когда речь идет об оптике или свете, цель состоит в том, чтобы достичь предела Гейзенберга. Это настолько точно, насколько вы можете перейти к шкале с учетом энергии и оборудования, используемых при проведении измерений. Это особенно важно для оптики. Частицы света, фотоны, легко поглощаются или рассеиваются оборудованием.
Как и другие субатомные частицы, фотоны должны подчиняться принципу неопределенности Гейзенберга, который действительно препятствует проведению точных измерений на квантовом уровне. В течение десятилетий ученые пытались придумать способ преодолеть предел дробового шума или предел, который возникает при использовании фотонов для измерения и извлечения данных. Шум - это степень случайности при передаче фотонов. Фотоны могут отражаться от оборудования или исчезать. Чем больше шума, тем менее точными получаются измерения. Теперь это сделала группа ученых из Австралии. Они преодолели лимит дробового шума. Результаты этого знаменательного исследования были опубликованы в журнале Nature Photonics.
Импульсы лазера проходят через поляризованный кристалл титанилфосфата калия, компенсационный кристалл, кремниевый фильтр и два других кристалла. Это позволяет ученым отфильтровывать шум. Предоставлено: Nature Photonics.
Есть свойство, называемое квантовой запутанностью. Когда две частицы запутываются, они обладают общими свойствами, независимо от того, насколько они близки или далеко друг от друга. Несколько месяцев назад китайская группа ученых отправила сигнал на спутник, используя запутанность, часть растущей области квантовой оптики.
Физик Джефф Прайд и его коллеги установили рекорд по измерению фотонов с точностью, о которой можно было только мечтать. Они сделали это, создав серию кристаллов, свойства каждого из которых допускали определенный тип запутанности пар фотонов. Между тем, высокоэффективные детекторы также смогли уменьшить случайный шум. Все это сделало оптические измерения более точными.
Большую часть времени они использовали запутанность, чтобы фотоны вели себя лучше. Прайд сказал: «Новым здесь является то, что мы можем создавать и измерять фотоны высокого качества с высокой эффективностью, и поэтому мы можем показать, что метод действительно работает, как описано в теории. В будущем Прайд и его коллеги надеются запутать более двух фотонов одновременно и посмотреть, какие результаты это им даст.
Как это будет применяться, пока неизвестно. Ученые до сих пор поражены точностью, которую они приобрели в недавно разработанной технике. Возможно, это поможет грядущей нанотехнологической революции или позволит нам изучать очень чувствительные или летучие вещества.