Исследователи из Центра квантовых технологий Корейского института науки и технологий (KIST) представили первую в мире распределенную квантовую сенсорную систему, способную одновременно повышать точность и разрешение измерений. Исследование под руководством доктора Хян-Таг Лима открыло путь к сверхточной метрологии, квантовой микроскопии и наблюдениям в космосе с беспрецедентной четкостью. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL).
Традиционные измерительные технологии ограничены так называемым «стандартным квантовым пределом» — фундаментальной границей чувствительности, обусловленной природой света и материи. Преодолеть этот барьер ученые пытаются с помощью распределенных квантовых сенсоров, которые объединяют несколько удаленных датчиков в единую квантово-связанную систему.
Ранее такие сенсоры позволяли увеличить точность измерений, но не обеспечивали достаточного разрешения для детального различения мелких структур. Команда KIST впервые применила особое квантовое состояние — мульти-модовое состояние N00N, при котором несколько фотонов (частиц света) запутаны сразу по нескольким путям. Это создает более плотные интерференционные полосы, что позволяет фиксировать даже минимальные физические изменения с высочайшей чувствительностью.
В экспериментах ученые использовали двухфотонное мульти-модовое состояние N00N, распределенное по четырем оптическим каналам. Такая конфигурация позволила одновременно измерять две независимые фазы и повысить точность примерно на 88% по сравнению с классическими методами. Так исследователи практически достигли предела Гейзенберга — теоретически максимальной точности, возможной в квантовых измерениях.
По словам доктора Лима, это достижение доказывает, что технологии квантовой запутанности могут быть не только теоретическим инструментом, но и практической основой для создания реальных сенсорных сетей нового поколения.
«Наши результаты демонстрируют огромный потенциал практического применения квантовых сенсорных сетей, основанных на запутанности, — отметил доктор Хян-Таг Лим. — В будущем, в сочетании с кремниевыми квантовыми чипами, эти технологии смогут использоваться даже в повседневных устройствах».
Ранее физики впервые смогли заглянуть внутрь ядра атома.