Исследователи из Университета Сиднея и Университета RMIT разработали новаторский подход к квантовым измерениям, который позволяет одновременно точно определять положение и импульс частицы, эффективно перераспределяя неопределенность. Эта работа, опубликованная 24 сентября 2025 года в журнальном издании Science Advances, открывает новые горизонты в области сверхточных квантовых датчиков.
Принцип неопределенности Гейзенберга традиционно ограничивает возможность одновременного точного знания положения и импульса частицы. Новая методика использует «сетчатые состояния» (grid states), разработанные для квантовых вычислений с коррекцией ошибок. Это позволило ученым измерять неопределенности, соответствующие половине нанометра, и силы на уровне йоктоньютонов (триллионных долей ньютона) – чувствительность, сопоставимую с обнаружением веса примерно 30 молекул кислорода.
Ранее, в 2014 году, исследователи из Беркли измерили силу в 42 йоктоньютона, используя оптическую ловушку для сверххолодных атомов, что на тот момент было наименьшей измеряемой силой. Возможность измерять чрезвычайно малые сигналы с высокой точностью имеет далеко идущие последствия. Гравитационно-волновые обсерватории, такие как LIGO, которые регистрируют космические события вроде слияния черных дыр, могут значительно выиграть от этой технологии.
Усовершенствованные квантовые датчики также найдут применение в навигации (особенно в условиях отсутствия GPS), медицинской визуализации, мониторинге материалов и астрофизике. Международное сотрудничество, такое как программа QuantERA, подчеркивает важность глобальных партнерств для ускорения прогресса в квантовых технологиях. Этот прорыв является значительным шагом вперед в науке квантовых измерений, предлагая новую основу для будущих сенсорных технологий.
Хотя эксперимент пока ограничен лабораторными условиями, он демонстрирует потенциал для создания сверхчувствительных квантовых датчиков с широким спектром применения в науке и технике. Исследование является результатом совместной работы экспериментаторов из Университета Сиднея и теоретиков из RMIT, Университета Мельбурна, Университета Маккуори и Бристольского университета, что подчеркивает ценность межинституциональных и трансграничных партнерств в продвижении глобального квантового исследовательского сообщества.