Учёные из Центра квантовых технологий Корейского института науки и технологий (KIST) совместно с доктором Хян-Таг Лимом совершили революционный шаг в области квантовых измерений. Разработанная ими первая в мире распределённая квантовая сенсорная система не только значительно повысила точность, но и позволила достичь новой степени разрешения в измерительном процессе. Этот прогресс открывает полосу инноваций для создания сверхточной метрологии, квантовой микроскопии, а также уникальных систем космических наблюдений с невиданной ранее чёткостью.
Преодоление стандартного квантового предела
Долгое время традиционные методы измерения сталкивались с ограничением — стандартным квантовым пределом, который определяется фундаментальными свойствами света и материи. До недавнего времени даже самые передовые инструменты не давали возможности преодолеть этот рубеж. Увеличить чувствительность приборов учёные пытались с помощью объединения отдельных сенсоров в единую распределенную квантовую сеть, где отдельные датчики работают согласованно, используя принципы квантовой запутанности и совместной обработки данных.
Однако до появления новой технологии от KIST распространённые квантовые сенсорные системы давали прирост точности, но теряли по части пространственного разрешения — им не хватало чувствительности для различения мельчайших структур. Открытие корейских исследователей позволило радикально изменить эту ситуацию.
Мульти-модовое состояние N00N и запутанные фотоны
Впервые команда возглавляемая доктором Хян-Таг Лимом смогла реализовать в эксперименте особое мульти-модовое состояние N00N. При таком подходе сразу несколько фотонов, то есть частиц света, оказываются квантово запутанными не в одном, а сразу по нескольким каналам распространения. Это открытие стало ступенью к формированию сверхплотных интерференционных полос — своеобразной “решётки”, способной отмечать даже малейшие изменения измеряемых параметров с рекордно высокой точностью.
В лабораторных условиях корейские физики применили двухфотонное мульти-модовое состояние N00N, распределив его по четырём независимым оптическим каналам. Такая многоуровневая конфигурация дала возможность одновременно фиксировать два различных изменения фазы, показывая улучшение точности измерения примерно на 88% по сравнению с возможностями классических систем. Фактически исследователи подошли вплотную к так называемому пределу Гейзенберга — максимальному теоретически допустимому уровню точности в области квантовых технологий, тем самым подтвердив потенциал мульти-модовых фотонных состояний как фундаментального инструмента будущей науки.
Возможности практического применения
Доктор Хян-Таг Лим особо отметил, что успешная реализация распределённых квантовых сенсорных сетей на базе мульти-модовых фотонных состояний доказывает зрелость этих технологий для создания инновационных сенсорных платформ. Теперь можно уверенно говорить о переводе квантовой запутанности из области фундаментальных исследований в сферу практического применения: “Наши результаты доказывают огромный потенциал использования таких сенсорных сетей на практике благодаря квантовой запутанности. Не за горами время, когда в сочетании с ультрасовременными кремниевыми квантовыми чипами эти технологии войдут в повседневную жизнь, обеспечив трансформацию привычных нам устройств.”
Значение этого шага невозможно переоценить для самых различных направлений современной науки и техники — от создания новых медицинских и лабораторных приборов до построения глобальных распределённых систем мониторинга и фундаментальных наблюдений за процессами во Вселенной. Компактность и гибкость новой сенсорной системы позволяют интегрировать её и в существующие решения, и в проекты следующего поколения.
Шаг к квантовому будущему: что ждёт нас впереди
Инновации, продемонстрированные коллективом Центра квантовых технологий KIST под руководством доктора Лима, являются важной вехой для развития квантовой метрологии и смежных отраслей. В ближайшем будущем разработка может превратиться в основу масштабируемых сенсорных сетей, охватывающих огромные расстояния, а также дать толчок разработке компактных, эффективных и энергоэкономичных квантовых устройств для нужд медицины, промышленности, телекоммуникаций и фундаментальных экспериментов.
Оптимизм и вера в возможности квантовых технологий с каждым днём укрепляются, а успехи корейских специалистов становятся мощным стимулом для исследователей всего мира. Возможно, совсем скоро мы станем свидетелями революции в измерительных технологиях и наблюдениях, способных изменить представления о точности и разрешении. Квантовое завтра становится реальностью благодаря мужеству и таланту пионеров фотонных сенсорных технологий.
Источник: www.gazeta.ru
