Чувствительность этого вида измерения, как долго думали, была ограничена принципом неуверенности Гейзенберга, который указывает, что точно измерение одной собственности атома помещает предел с точностью до измерения, которое Вы можете получить на другой собственности. Например, если мы измеряем положение электрона с высокой точностью, принцип Гейзенберга ограничивает точность в измерении ее импульса. Так как большинство атомных инструментов измеряет два свойства (амплитуда вращения и угол), принцип, кажется, говорит, что чтения будут всегда содержать некоторую квантовую неуверенность. Это давнее ожидание было теперь опровергнуто, однако, исследователями ICFO доктор Джорджо Коланджело, Феррэн Мартин Сиурана, Лорена К. Биэнчет и доктор Роберт Дж.
Сьюэлл, во главе с Профессором ICREA в ICFO Моргане W. Митчелл. В их статье «Simultaneous tracking of spin angle and amplitude beyond classical limits», изданной на этой неделе по своей природе, они описывают, как правильно разработанный инструмент может почти полностью избежать квантовой неуверенности.Уловка должна понять, что у вращения нет одного но двух указывающих углов, один для северного восточного юго-западного направления и другого для возвышения выше горизонта.
Команда ICFO показала, как поместить почти всю неуверенность в угол, который не измерен инструментом. Таким образом они все еще повиновались требованию Гейзенберга по причине неопределенности, но скрыли неуверенность, где это может не причинить вреда.
В результате они смогли получить измерение угловой амплитуды беспрецедентной точности, необеспокоенной квантовой неуверенностью.Профессор Митчелл использует твердую аналогию, чтобы указать, что «Ученым, принцип неуверенности очень печален – мы хотели бы знать все, но Гейзенберг говорит, что мы не можем. В этом случае, тем не менее, мы нашли способ знать все, что имеет значение для нас.
Это похоже на песню Роллинг Стоунз: Вы не можете всегда получать то, что Вы хотите / но если Вы иногда пробуете, Вы просто могли бы найти / Вы получаете то, в чем Вы нуждаетесь».В их исследовании команда ICFO охладила облако атомов до нескольких микроградусов Келвин, применила магнитное поле, чтобы произвести движение вращения как в МРТ и осветила облако лазером, чтобы измерить ориентацию атомных вращений. Они заметили, что и угол вращения и неуверенность могут непрерывно проверяться с чувствительностью вне ранее ожидаемых пределов, все еще повинуясь принципу Гейзенберга.Что касается трудностей, с которыми сталкиваются во время эксперимента, Колэнджело комментирует, что «во-первых, мы должны были разработать теоретическую модель, чтобы видеть, было ли то, что мы хотели сделать, действительно возможно.
Затем не все технологии, которые мы использовали для эксперимента, существовали, когда мы начали: среди них мы должны были проектировать и разработать конкретный датчик, который был достаточно быстр и с очень низким шумом. Мы также должны были улучшить много способ, которым мы «готовили» атомы и находим способ эффективно использовать весь динамический диапазон, который мы имели в датчике.
Это было сражение против Темной стороны Кванта, но мы выиграли его!»Результаты исследования первостепенной важности, так как эта новая техника показывает, что возможно получить еще более точные измерения атомных вращений, открывая новый путь к разработке намного более чувствительных инструментов и позволяя обнаружение сигналов, такие как гравитационные волны или мозговая деятельность, с беспрецедентной точностью.