Квантовая неопределённость, или принцип неопределённости Гейзенберга, утверждает, что невозможно одновременно с высокой точностью измерить две взаимосвязанные характеристики квантового объекта. Именно поэтому электрон не движется по строго заданной орбите вокруг ядра атома, а существует в виде размытого электронного облака. Но, как выяснили учёные, этой неопределённостью можно управлять — и это открывает новые возможности для квантовых технологий.
Почему ИИ никак не сесть на безматричную диету
Пять причин полюбить HONOR Magic7 Pro
Пять причин полюбить HONOR Pad V9
Пять причин полюбить HONOR X8c
Фитнес-браслет HUAWEI Band 10: настоящий металл
HUAWEI FreeArc: вероятно, самые удобные TWS-наушники
Hollow Knight: Silksong — песнь страданий и радостей. Рецензия
Обзор умных часов HUAWEI WATCH 5: часы юбилейные
Чтобы понять идею, принцип неопределённости можно представить как надутый воздушный шар. Если на него надавить, шар сплющится в одном месте, но вытянется в другом — общий объём при этом не изменится. То же самое и в квантовом мире: уточняя одну характеристику частицы (например, её фазу или амплитуду), мы неизбежно теряем точность в другой. Однако само произведение этих неопределённостей остаётся постоянным.
В то же время произведение условно противостоящих друг другу квантовых характеристик остаётся неизменным. Возможность управлять квантовой неопределённостью в реальном времени — подкручивать точность измерения то одной, то другой характеристики из «противоречивых» пар открывает новые возможности в сфере квантовых измерений и, в частности, в квантовой криптографии.
Открытие сделали учёные из Университета Аризоны (University of Arizona). Они поставили перед собой задачу научиться в реальном времени изменять точность измерения либо фазы, либо амплитуды (интенсивности) фотонов. Одновременно с высокой точностью нельзя измерить обе эти характеристики фотона. В противном случае мы бы поймали его в пространстве и времени и могли бы рассчитать траекторию полёта с предсказанием дальнейшего движения, что лишает квантовый объект его сущности — набора вероятностей.
Учёные представляют задачу как сжатие света в форму пули, где «пуля» — это область возможных значений фазы и интенсивности фотона. Они смогли управлять процессом с помощью технологии четырёхволнового смешения, при котором различные источники света взаимодействуют и комбинируются друг с другом. Для этого был использован лазер со сверхбыстрыми (фемтосекундными) импульсами. Импульс лазера разбивался на три одинаковых луча с разной длиной волны (на три цвета) и фокусировался в кварцевом стекле. Изменение ориентации кварца по отношению к лучам меняло итоговый сигнал, как будто кто-то садился на надутый шарик: он то превращался в пулю, то округлялся.
Такое управление позволяет повысить точность измерения амплитуды света и улучшить соотношение сигнал/шум. Кроме того, оно открывает новое направление в квантовой криптографии. Теперь злоумышленнику, пытающемуся перехватить квантовый ключ, будет недостаточно просто зафиксировать факт передачи фотона — ему придётся учитывать ещё и уровень неопределённости, который динамически изменяется в процессе передачи. Это делает перехват практически невозможным.
По словам авторов, технология «сверхбыстрого квантового света» может найти применение не только в защищённой связи, но и в разработке высокочувствительных датчиков, квантовой химии и биомедицине. В будущем такие системы могут помочь создавать более точные диагностические инструменты, новые методы поиска лекарств и сенсоры для мониторинга окружающей среды.
Добавить комментарий