Межа дробового шуму: квантові фізики встановили новий рекорд

Вчені нарешті вирішили головну проблему оптичної фізики і на практиці довели теорію про те, що вимірювання світла в квантовому стані дозволяє позбутися «випадковостей» під час розрахунків і спостережень.

У першому в своєму роді експерименті команда фізиків подолала так звану межу дробового шуму, максимізувавши обсяг інформації, яку можна витягти з окремих частинок світла в оптичних вимірах. Протягом десятиліть фізики-теоретики передбачали, що вимірювання фотонів у квантовому стані забезпечать перевагу перед вимірами світла в неквантових системах - і тепер це нарешті було підтверджено на практиці.

Дробовий шум: електронний ряб

Дробовий шум - це безладні флуктуації напружень і струмів щодо їх середнього значення. Вони виникають у ланцюгах електронних пристроїв і обумовлені дискретністю самих носіїв електричного заряду, тобто іонів та електронів. Тому переміщення кожного носія заряду в загальному ланцюгу супроводжується сплеском струму. Квантовий фізик Джефф Пріде з Університету Гріффіта в Австралії пояснює, що в квантовому стані, коли фотони «сплутані» один з одним, їхні властивості теж вступають у зв'язок. На практиці це означає, що у вимірах менше випадкових величин, що робить їх набагато точнішими. Однак вчені з'ясували, що це працює тільки в тому випадку, якщо самі фотони нікуди не зникають в процесі. Але куди може зникнути частинка світу?

Це пов'язано з тим, що випадкові помилки проникають в оптичні вимірювання в той момент, коли деякі фотони ненавмисно поглинаються або розсіюються у вимірювальному пристрої, або ж просто з різних причин не можуть бути виявлені ім. Саме цей фактор і створював межу дробового шуму, який не дозволяв вченим досягти теоретичних меж надчутливих вимірювань фотонів у квантовому стані, але тепер це в минулому.

Значення відкриття

Прийде зазначає, що зараз фізики можуть відстежувати фотони з високою ефективністю, причому останні більше не «зникають без сліду». Оптична фізика використовується повсюдно, від мікробіології і наноінженерії до астрономії, так що в майбутньому це відкриття, наприклад, допоможе сконструювати наступне покоління орбітальних зондів, які зможуть досліджувати поверхню далеких планет і їх місяць навіть крізь щільну газову атмосферу.