Университет Шаньси: импульс и координата атомов рубидия оценены на 20% точнее предела Гейзенберга

Исследователи под руководством группы из Университета Шаньси (Китай) сообщили, что одновременно оценили координату и импульс квантовой системы с точностью примерно на 20 процентов выше предела неопределённости Гейзенберга, говорится в препринте, о котором пишет sciencealert.com. sciencealert.comsciencealert.comsciencealert.comОткрыть источник ↗ Работа доступна на arXiv и пока не прошла рецензирование. В эксперименте использовали 52 миллиарда атомов рубидия в небольшой стеклянной камере.

Измерение по данным из прошлого и будущего

Принцип неопределённости, сформулированный Вернером Гейзенбергом в 1927 году, гласит: если одну характеристику квантовой частицы можно предсказать точно, парная ей характеристика становится менее определённой. Координата и импульс — самая известная пара таких некоммутирующих величин. Эта размытость осложняет измерение слабых сигналов: от гравитационно-волнового детектора LIGO до атомных часов, на которых основаны системы вроде GPS.

Вместо предсказания будущего состояния команда проводила измерение по данным и до, и после интересующего момента. Гипотеза состояла в том, что такой двусторонний взгляд уберёт часть размытости наблюдений. По словам авторов, подход последовательно учитывает информацию прошлых и будущих измерений, чтобы уточнить вывод о состоянии системы в заданное время.

Эксперимент с рубидием

Лазер выстроил спины атомов, то есть их магнитные свойства, и атомы стали вести себя как единая квантовая система. Второй лазер измерял её импульс и координату. sciencealert.comsciencealert.comsciencealert.comОткрыть источник ↗ Измерения шли непрерывно 84 минуты, а установка позволяла измерять обе величины одновременно, ослабляя обычный компромисс между ними.

Оценки оказались примерно на 20 процентов точнее, чем допускает предел Гейзенберга. Авторы сообщают, что проверили результаты методом слабых измерений.

Ограничения метода

Предел Гейзенберга по-прежнему действует. Исследование показывает, что принцип можно в некоторой степени обойти, иначе вычисляя вероятности. Поскольку метод использует данные после интересующего момента, он ограничивает мониторинг в реальном времени. Во многих квантовых системах, включая атомные часы, ретроспективные отсчёты и так в порядке вещей.

Исследователи планируют улучшить установку: более точные приборы и более аккуратные отсчёты; одним из направлений называют квантовую запутанность. sciencealert.comsciencealert.comsciencealert.comОткрыть источник ↗ Они также пишут, что работа открывает перспективы для квантово-усиленных измерений, сочетающих траекторную стратегию и запутанность.