Физики впервые получили квантовое взаимодействие четвертого порядка

В квантовой механике действует принцип неопределённости Гейзенберга: нельзя одновременно точно знать координату частицы и её скорость. Уточнение одного параметра неизбежно ухудшает знание второго. На графике распределения вероятностей это выглядит как превращение круга в эллипс. Физики называют такое превращение сжатием. До сих пор учёные могли получать сжатие второго порядка, которое уже применяют в детекторах гравитационных волн. Сжатие третьего и четвёртого порядка оставалось экспериментально недостижимым — шумы маскировали более тонкие взаимодействия.

Исследователи из Оксфорда преодолели этот барьер. Они взяли единственный захваченный ион и применили к нему два управляемых лазерных поля. Каждая сила по отдельности создавала простой линейный эффект. Но некоммутативное взаимодействие двух полей породило сильное нелинейное квантовое взаимодействие высшего порядка. Меняя частоты, фазы и амплитуды, учёные избирательно активировали нужный тип сжатия и подавляли нежелательные эффекты. Сжатие четвёртого порядка сгенерировали более чем в 100 раз быстрее, чем давали бы традиционные подходы.

Эксперимент подтвердили реконструкцией квантовых состояний движения иона. Характерные формы распределений совпали с теоретическими предсказаниями для взаимодействий разных порядков. Метод уже совместили с различными квантовыми платформами — сверхпроводящими, на холодных атомах и других. Его используют для генерации суперпозиций сжатых состояний и моделирования решёточной калибровочной теории.

Результат открывает новые перспективы в квантовой симуляции, сверхточных датчиках и вычислениях. В частности, технология может повысить чувствительность гравитационно-волновых обсерваторий.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.

Читать далее:

Вселенная внутри черной дыры: наблюдения «Уэбба» подтверждают странную гипотезу

Испытания ракеты Starship Илона Маска вновь закончились взрывом в небе

Сразу четыре похожих на Землю планеты нашли у ближайшей одиночной звезды

На обложке: экспериментальная установка с захваченными ионам. Ион удерживают между электродными структурами и управляют с помощью точно настроенных лазерных полей. Автор изображения: Дэвид Надлингер (David Nadlinger)

The post Физики впервые получили квантовое взаимодействие четвертого порядка appeared first on Хайтек.