Ученые из Оксфордского университета совершили прорыв в квантовой физике. Они впервые экспериментально реализовали и контролировали сложные взаимодействия так называемого «квадсжатия». Новый подход позволяет создавать и управлять ранее недостижимыми квантовыми эффектами, открывая путь к развитию квантовых вычислений, сенсорики и моделирования, пишет Phys.org.
В основе многих физических систем лежат квантовые гармонические осцилляторы — объекты, которые вибрируют подобно маятнику. Это могут быть световые волны, колебания молекул или движение захваченного иона. Управление этими вибрациями — ключ к созданию новых технологий.
Одним из фундаментальных явлений является квантовое сжатие. Согласно законам механики, невозможно одновременно точно измерить некоторые пары свойств, например, положение и импульс. Сжатие перераспределяет эту неопределенность: одно свойство становится более определенным, а другое — менее. Эта технология уже применяется, например, в детекторах гравитационных волн LIGO для повышения их чувствительности.
Однако ученые давно стремились пойти дальше и создать более сложные взаимодействия — трисжатие и квадсжатие (взаимодействия третьего и четвертого порядка). До сих пор это было практически невозможно, так как эффекты высших порядков чрезвычайно 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 лаборатории некоммутирующие взаимодействия часто воспринимаются как помеха. Здесь мы применили противоположный подход и использовали эту особенность для генерации более сильных квантовых взаимодействий», — поясняет 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. Используя эту методику, ученые смогли не только генерировать обычное сжатие, но и впервые в истории реализовать квадсжатие. Они могли гибко переключаться между разными типами сжатия, изменяя параметры сил.
«Результат — это не просто создание нового квантового состояния. Это демонстрация нового метода проектирования взаимодействий», — отмечает доктор Бэзаван. По словам эксперта, эффект был получен более чем в 100 раз быстрее, чем при использовании традиционных подходов.
Специалисты подтвердили свои результаты, реконструировав квантовые состояния движения иона и обнаружив характерные формы, соответствующие разным порядкам сжатия. Ожидается, что в будущем технология может стать общим путем для развития квантовых технологий на различных платформах. Она позволит моделировать сложные физические системы и создавать новые типы сверхточных датчиков.
Ранее физики измерили «отрицательное время» в лабораторных условиях. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.
Источник: hi-tech.mail.ru