Ученые обошли принцип неопределенности Гейзенберга

Современные сенсоры, установленные в аппаратах МРТ и атомных часах, могут производить измерения с высокой точностью, но все же недостаточной. МРТ применяется для получения изображений тканей, находящихся глубоко в организме человека, а атомные часы используются для GPS, синхронизации интернета и интерферометрии в радиоастрономии. Объединяет их то, что они основаны на измерении спина атома, движения электронов и ядер.

Чувствительность такого рода измерений ограничивается принципом неопределенности Гейзенберга, который гласит, что точному измерению одного свойства атома препятствует точность измерений другого. Например, если мы измеряем положение электрона с высокой точностью, принцип Гейзенберга ограничивает точность измерения импульса. Поскольку большинство атомных инструментов измеряют два параметра (амплитуду спина и угол), этот принцип подразумевает, что показания всегда будут в какой-то мере обладать квантовой неопределенностью, сообщает EurekAlert.

Однако, это суждение было существенно скорректировано исследователями под руководством профессора Моргана Митчелла. Секрет в том, чтобы понять, что спин имеет не один, а два направляющих угла, один указывает направление северо-запад — юго-восток, а второй — уровень над горизонтом. Команда ученых показала, как направить почти всю неопределенность в угол, который в данным момент не измеряется инструментом. В таком случае действие принципа неопределенности Гейзенберга все еще сохраняется, но оно не вредит точности прибора. В результате они смогли добиться беспрецедентной точности измерений.

В ходе эксперимента ученые охладили облако атомов до нескольких микроградусов по Кельвину, применили магнитное поле для спинового движения и осветили облако лазером, чтобы измерить направление атомных спинов. Они выяснили, что и угол спинов, и неопределенность можно наблюдать одновременно с чувствительностью, превосходящей ожидаемый уровень.

«Ученым принцип неопределенности очень мешает — мы бы хотели знать все, но Гейзенберг говорит, что так нельзя. В данном случае, однако, мы нашли способ узнать все, что для нас важно. Это как в песне Rolling Stones: нельзя всегда получать, что хочешь, но если пытаться, то можно получить то, что тебе нужно», — говорит профессор Митчелл.

Новый метод автоматически управляемой квантовой томографии продемонстрировали ученые Канады. Он гораздо устойчивей к неизбежным помехам и экспериментальным ошибкам, чем стандартные технологии, и существенно сокращает число необходимых ресурсов, снимая необходимость любого хранения или последующей обработки данных.