Scienty

Фото: img.freepik.com

Специалисты из Корейского института науки и технологий (KIST) впервые в мире создали распределённую сеть квантовых датчиков, отличающуюся высокой точностью и чувствительностью. Её способность улавливать сигналы приближается к пределу Гейзенберга – основополагающему ограничению в квантовой механике, ниже которого невозможно различить полезный сигнал от помех. Разработка также является одной из первых в своей области, где эксперименты проводятся с одновременным применением нескольких запутанных фотонов, что обеспечивает беспрецедентную чувствительность и точность, которые не могут быть достигнуты с использованием методов, основанных на одиночных запутанных частицах.

Предыдущие разработки в области создания распределенных квантовых сетей были сосредоточены на повышении точности измерений. Однако новая методика впервые применяет достигнутый беспрецедентный уровень точности для получения изображений с большим разрешением. Использование нескольких квантовых датчиков одновременно напоминает подход астрономов, которые применяют несколько обсерваторий для измерения одного явления с большей детализацией, чем могла бы обеспечить отдельная обсерватория.

Ученые из Центра квантовых технологий KIST во главе с доктором Хян-Тагом Лимом применили уникальное квантово-запутанное состояние, называемое «многомодовое состояние N00N», чтобы добиться беспрецедентной точности и детализации. Квантовая запутанность представляет собой эффект, при котором изменения, происходящие с одним фотоном, немедленно проявляются в его связанном партнере, вне зависимости от расстояния между ними. Благодаря использованию запутанных фотонов, исследователям удалось одновременное определение нескольких характеристик.

По утверждению специалистов из KIST, их распределенная сенсорная сеть демонстрирует результаты, превосходящие Стандартный Квантовый Предел. Это достигнуто благодаря применению запутанного «многомодового состояния N00N», которое обеспечивает коррелированное измерение нескольких параметров и повышает фазовую чувствительность. В ходе экспериментов исследователи получили двухфотонное многомодовое состояние N00N, запутанное по четырем разным путям. Сообщается, что подобная конфигурация позволила им одновременно «измерять» два различных параметра.

В ходе анализа результатов испытаний было установлено, что данная, уникальная в своем роде установка показала «примерно на 88% более высокую точность (улучшение на 2,74 дБ)» по сравнению с существующими подходами. Полученные данные свидетельствуют о том, что чувствительность системы близка к пределу Гейзенберга не только в теоретических расчетах, но и в реальном эксперименте. Специалисты отметили, что это достижение подтверждает возможность выявления «даже незначительных физических изменений с высокой степенью чувствительности».

Хян-Таг Лим подчеркнул, что это достижение представляет собой значительный прогресс, подтверждающий возможности практического использования квантовых сенсорных сетей, основанных на принципах квантовой запутанности. Специалисты, работающие под руководством доктора Лима, заявили о «широком спектре потенциальных применений» разработки в таких сферах, как биологические исследования, персонализированная медицина, производство полупроводников и космические наблюдения. В частности, эта технология может позволить получать изображения клеточных структур с высокой степенью детализации, которые трудно различить с использованием традиционных микроскопов, выявлять дефекты нанометрового размера в полупроводниковых схемах и проводить точные наблюдения за удалёнными астрономическими объектами, которые выглядят нечеткими при использовании обычных телескопов. Доктор Лим заключил, что в перспективе, в сочетании с кремниево-фотоническими квантовыми чипами, это может найти применение в самых разнообразных аспектах повседневной жизни.

Исследование было опубликовано в журнале .