• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowcy przekraczają granice czułości pomiaru kwantowego

    05.04.2011. 16:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    W ramach pionierskich badań w Europie dokonano tego, czego nikt do tej pory nie był w stanie osiągnąć - przekroczono granicę czułości pomiaru kwantowego. Osiągnięcie to może mieć kluczowe znaczenie dla interferometrii i kwantowych granic pomiaru. Zaprezentowane w czasopiśmie Nature badania zostały częściowo dofinansowane z projektu EMALI (Inżynieria, manipulacja i charakterystyka stanów kwantowych materii i światła), który otrzymał grant sieci badawczo-szkoleniowej Marie Curie o wartości ponad 439.000 EUR z budżetu Szóstego Programu Ramowego (6PR) UE na opracowanie ogólnych technik teoretycznych i doświadczalnych w zakresie inżynierii, manipulacji i charakterystyki stanów kwantowych materii i światła.

    Interferometria wykorzystuje zasadę superpozycji kwantowej, która umożliwia cząstkom kwantowym obieranie wielu ścieżek jednocześnie. To pozwala im wykrywać niewielkie różnice między ścieżkami. Dzięki ostatnim badaniom interakcje między cząstkami można wykorzystać do opracowania czulszych interferometrów.

    Naczelny autor, Mario Napolitano, doktorant z Institut de Ci?ncies Fot?niques (ICFO) w Barcelonie, Hiszpania, wraz z kolegami wykorzystał oddziałujące wzajemnie na siebie fotony do zbadania zespołu atomowego, skutecznie przekraczając podstawową granicę czułości, tak zwaną granicę Heisenberga, którą eksperci opisują jako ostateczną granicę rozmaitych pomiarów, w tym obrazowania magnetycznego i wykrywania fal.

    "Najprecyzyjniejsze instrumenty są ze swej natury interferometryczne i działają zgodnie z prawami mechaniki kwantowej" - czytamy w artykule, jaki ukazał się w czasopiśmie Nature. "Zbiór cząstek, na przykład fotonów lub atomów, jest przygotowany w stanie superpozycji, który może ewoluować pod wpływem operatora Hamiltona zawierającego nieznany parametr X i zostać zmierzony zgodnie z teorią pomiaru kwantowego. Komplementarność pomiarów kwantowych wyznacza ostateczną czułość tych instrumentów."

    Fizycy kwantowi twierdzą, że zgodnie z zasadą nieoznaczoności Heisenberga niektórych par właściwości fizycznych, takich jak położenie i pęd, nie można poznać równocześnie z dowolną precyzją - z im większą dokładnością znana jest jedna właściwość, z tym mniejszą dokładnością może być poznana druga. Na podstawie tego odkrycia interakcje międzycząsteczkowe mogłyby zostać wykorzystane w metrologii kwantowej.

    Zważywszy na pewne ograniczenia związane z czynnością pomiaru w fizyce kwantowej, uzyskanie czułości staje się złożonym procesem. Zdaniem ekspertów w pomiarze obejmującym interferencję kwantową wśród N cząstek sondujących, czułość zwiększa się wraz ze wzrostem N w skali 1/N1/2 - jeżeli cząstki są niezależne oraz 1/N (granica Heisenberga) - jeżeli są kwantowo-mechanicznie "splątane".

    Naukowcy zasugerowali ostatnio, że zwiększenie czułości jest możliwe pod warunkiem wzajemnej interakcji cząstek. Zasadniczo zachowanie się jednej cząstki jest zależne od obecności innych.

    W toku ostatnich badań naukowcy opracowali system w celu uzyskania tego "superheisenbergowskiego" skalowania. Zespół wykorzystał nielinearne efekty optyczne w zespole zimnych atomów, aby wywołać interakcje wśród fotonów wykorzystywanych do badania magnetyzacji zespołu. Pomiar wykazał zwiększenie skalowania poza granicę Heisenberga, przewyższając dziesięciokrotnie tradycyjny interferometr.

    "Wyniki naszych prac pokazują, że interakcje międzycząsteczkowe mogą zwiększyć czułość pomiaru kwantowego, a doświadczenia wskazują na nową drogę w metrologii kwantowej" - podsumowują autorzy.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Dekoherencja kwantowa, to w mechanice kwantowej proces opisujący oddziaływanie obiektu kwantowego z otoczeniem. Jest to fundamentalny proces tłumaczący w jaki sposób mechanika klasyczna może być rozumiana jako przybliżenie mechaniki kwantowej. Oddziaływanie z otoczeniem stanowi realizację kwantowego pomiaru, procesu który prowadzi do redukcji funkcji falowej. Dekoherencja zakłada oddziaływanie obiektu z otoczeniem w sposób nieodwracalny w sensie termodynamicznym, co niszczy interferencję między danym obiektem i otoczeniem. Innymi słowy dekoherencja eliminuje ewentualne splątanie układu kwantowego z otoczeniem. Dekoherencja może być rozumiana jako utrata informacji o układzie wskutek jego oddziaływania z otoczeniem.

    Dekoherencja kwantowa, to w mechanice kwantowej proces opisujący oddziaływanie obiektu kwantowego z otoczeniem. Jest to fundamentalny proces tłumaczący w jaki sposób mechanika klasyczna może być rozumiana jako przybliżenie mechaniki kwantowej. Oddziaływanie z otoczeniem stanowi realizację kwantowego pomiaru, procesu który prowadzi do redukcji funkcji falowej. Dekoherencja zakłada oddziaływanie obiektu z otoczeniem w sposób nieodwracalny w sensie termodynamicznym, co niszczy interferencję między danym obiektem i otoczeniem. Innymi słowy dekoherencja eliminuje ewentualne splątanie układu kwantowego z otoczeniem. Dekoherencja może być rozumiana jako utrata informacji o układzie wskutek jego oddziaływania z otoczeniem.

    Zasada nieoznaczoności (zasada nieoznaczoności Heisenberga lub zasada nieokreśloności) − reguła, która mówi, że istnieją takie pary wielkości, których nie da się jednocześnie zmierzyć z dowolną dokładnością. O wielkościach takich mówi się, że nie komutują. Akt pomiaru jednej wielkości wpływa na układ tak, że część informacji o drugiej wielkości jest tracona. Zasada nieoznaczoności nie wynika z niedoskonałości metod ani instrumentów pomiaru, lecz z samej natury rzeczywistości.

    Zasada nieoznaczoności (zasada nieoznaczoności Heisenberga lub zasada nieokreśloności) − reguła, która mówi, że istnieją takie pary wielkości, których nie da się jednocześnie zmierzyć z dowolną dokładnością. O wielkościach takich mówi się, że nie komutują. Akt pomiaru jednej wielkości wpływa na układ tak, że część informacji o drugiej wielkości jest tracona. Zasada nieoznaczoności nie wynika z niedoskonałości metod ani instrumentów pomiaru, lecz z samej natury rzeczywistości.

    Zasada nieoznaczoności (zasada nieoznaczoności Heisenberga lub zasada nieokreśloności) − reguła, która mówi, że istnieją takie pary wielkości, których nie da się jednocześnie zmierzyć z dowolną dokładnością. O wielkościach takich mówi się, że nie komutują. Akt pomiaru jednej wielkości wpływa na układ tak, że część informacji o drugiej wielkości jest tracona. Zasada nieoznaczoności nie wynika z niedoskonałości metod ani instrumentów pomiaru, lecz z samej natury rzeczywistości.

    Zasada nieoznaczoności (zasada nieoznaczoności Heisenberga lub zasada nieokreśloności) − reguła, która mówi, że istnieją takie pary wielkości, których nie da się jednocześnie zmierzyć z dowolną dokładnością. O wielkościach takich mówi się, że nie komutują. Akt pomiaru jednej wielkości wpływa na układ tak, że część informacji o drugiej wielkości jest tracona. Zasada nieoznaczoności nie wynika z niedoskonałości metod ani instrumentów pomiaru, lecz z samej natury rzeczywistości.

    Czynniki wpływające na wynik pomiaru GPSNa wynik pomiaru GPS wpływ ma wiele czynników, które należy uwzględnić przy opracowaniu pomiarów, szczególnie gdy zależy nam jednocześnie na wysokiej precyzji i dokładności. Oto lista najważniejszych czynników mogących spowodować błędy pomiaru i przełożyć się na dokładność wyznaczanych współrzędnych.

    Dodano: 05.04.2011. 16:37  


    Najnowsze