Создана сеть квантовых датчиков, максимально приближенная к границе точности, установленной принципом неопределенности Гейзенберга

Новости МирТесен

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.

Ранее создаваемые распределённые квантовые сети были ориентированы на повышение точности измерений, однако новая методика впервые использует достигнутый беспрецедентный уровень точности для получения изображений с большим разрешением. Принцип использования нескольких квантовых датчиков, работающих согласованно, схож с тем, как астрономы используют 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 разрешающей способности. Квантовая запутанность подразумевает, что изменения, происходящие с одним фотоном, моментально влияют на его связанного партнёра, вне зависимости от расстояния между ними. Благодаря использованию запутанных фотонов стало возможным одновременное определение нескольких параметров.

По данным команды KIST, их распределённая сенсорная сеть демонстрирует результаты, превышающие Стандартный Квантовый Предел. Это достигается благодаря применению запутанного «многомодового состояния N00N», которое обеспечивает коррелированное измерение нескольких параметров и повышает фазовую чувствительность. В ходе экспериментов исследователи сгенерировали двухфотонное многомодовое состояние N00N, запутанное по четырем различным модам пути. Сообщается, что подобная структура позволила им одновременно «измерять» два различных параметра.

В ходе анализа результатов испытаний было установлено, что эта уникальная установка показала «примерно на 88% более высокую точность (улучшение на 2,74 дБ)» по сравнению с применяемыми методами. Полученные данные свидетельствуют о том, что чувствительность системы приближается к теоретическому пределу Гейзенберга не только в теоретических расчётах, но и в ходе эксперимента. Исследователи также отметили, что это достижение подтверждает возможность выявления «даже незначительных физических изменений с высокой степенью чувствительности».

Доктор Хян-Таг Лим подчеркнул, что это достижение представляет собой значительный прогресс, подтверждающий возможности практических квантовых сенсорных сетей, основанных на квантовой запутанности. Специалисты под руководством доктора Лима заявили, что достигнутый результат обладает «широким спектром возможностей» для использования в различных сферах, таких как биологические исследования, точная диагностика и лечение заболеваний, производство полупроводников и астрономические наблюдения. В частности, благодаря ему можно будет получать изображения субклеточных структур с высокой детализацией, что затруднительно при использовании обычных микроскопов, выявлять дефекты нанометрового размера в полупроводниковых схемах и проводить точные наблюдения за удалёнными астрономическими объектами, которые в стандартных телескопах выглядят нечетко. Доктор Лим заключил, что в перспективе, в сочетании с технологией квантовых чипов, использующих кремниевую фотонику, это может найти применение в самых разных аспектах повседневной жизни.

Исследование было опубликовано в журнале .