Квантовые технологии обладают огромным потенциалом

N+1Наука

Связать и измерить

Михаил Перельштейн, физик

Установка для измерения позиции объекта, которая использует только оптическую когерентность. Фото: Н. С. Кирсанов / Лаборатории Физики Квантовых Информационных Технологий, МФТИ, 2019

Физики из МФТИ вместе с коллегами из США собрали установку, которая позволяет проводить точные оптические измерения с помощью методов квантовой метрологии. Этот подход позволяет получить высокую точность, не прибегая при этом к дорогим и сложным трюкам, которые, например, используются в детекторах гравитационных волн LIGO. Один из авторов вышедшей сегодня статьи — постоянный автор N + 1 Михаил Перельштейн — рассказывает о том, что такое квантовая метрология, какие методы используются для высокоточных измерений и в чем особенность разработанной им и его коллегами оптической схемы.

Квантовые технологии обладают огромным потенциалом — за последние несколько лет мы убедились, что будущее многих областей науки зависит от их прогресса. После того как в 1994 году Питер Шор изобрел квантовый алгоритм разложения больших чисел на множители, который решает задачу экспоненциально быстрее любого классического алгоритма, появилось множество квантовых решений, нацеленных на классически трудноразрешимые задачи. Некоторые из таких решений были реализованы экспериментально с использованием современных многокубитных квантовых компьютеров. Недавно коллаборация Google показала квантовое превосходство на 53-кубитном сверхпроводящем процесоре в решении задачи эмуляции случайных квантовых цепей.

Другой тип задач, для решения которых можно использовать квантовые ресурсы, — это повышение точности измерений. Новые открытия нередко делаются благодаря новым высокоточным приборам: телескопы помогают астрономам глубже заглянуть в космос, биологи все точнее видят микромир с помощью новых микроскопов, а археологам нужны масс-спектрометры для определения возраста ископаемых. Пределы точности измерений замедляют прогресс во многих областях науки, от микрофизики до медицины. Тут и вступает в дело квантовая метрология, наука об измерениях, использующих квантовые ресурсы — она способна решить множество современных проблем.

Квантовая механика накладывает ограничения на точность измерений, которые выражаются в принципе неопределенности Гейзенберга. Для измерений этот принцип оборачивается тем, что точность растет линейно со временем измерения. Классические методы измерения этих пределов обычно не достигают из-за шума: согласно центральной предельной теореме, точность растет как корень из времени измерения. Однако гейзенберговская точность — то есть квадратичное ускорение по сравнению с классикой — может быть достигнута с помощью квантовых трюков, таких как сжатие и запутывание. Но поддерживать запутанность большой системы экспериментально трудно — на сегодняшний день удалось запутать лишь несколько десятков кубитов, а создание сжатого света требует сложных нелинейных элементов, таких как нелинейные оптические кристаллы или параметрические осцилляторы.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Интервальное голодание: развенчиваем мифы о Интервальное голодание: развенчиваем мифы о

Какие плюсы и минусы есть у интервального голодания?

Cosmopolitan
Эффективные упражнения на пресс: описание, видео, советы Эффективные упражнения на пресс: описание, видео, советы

Рассказываем, как сделать пресс сильным и рельефным, не выходя из дома

РБК
Абсурдное искусство Тео Каккуфы: по мотивам Кафки Абсурдное искусство Тео Каккуфы: по мотивам Кафки

Тео Каккуфа превращает банальные предметы в неожиданные кинетические арт-объекты

Популярная механика
Самые смертельные пандемии от доисторических времен до XXI века Самые смертельные пандемии от доисторических времен до XXI века

Самые страшные заболевания в истории

Maxim
Как помочь партнеру с социофобией? Как помочь партнеру с социофобией?

Социофобия — не просто застенчивость, а настоящее психическое расстройство

Psychologies
Прости, Грета: почему глобальный локдаун не поможет экологии Прости, Грета: почему глобальный локдаун не поможет экологии

Выбросы углекислого газа во время глобального локдауна сокращаются незначительно

Популярная механика
Погуляли и хватит: звездные мужчины, которые после измен возвращались к любимым Погуляли и хватит: звездные мужчины, которые после измен возвращались к любимым

Знаменитые изменщики, которые сделали все, чтобы добиться милости любимых женщин

Cosmopolitan
Манна небесная: российские дроны доставки еды Манна небесная: российские дроны доставки еды

Жители Ижевска могут заказывать еду, которая доставляется дронами

Популярная механика
7 этапов в отношениях с манипулятором 7 этапов в отношениях с манипулятором

По какому сценарию обычно развиваются токсичные отношения?

Psychologies
Домашняя работа: что полезного для здоровья можно сделать на самоизоляции Домашняя работа: что полезного для здоровья можно сделать на самоизоляции

Несколько действенных способов выйти из карантина в отличном состоянии

Esquire
Колонка Правила жизни: почему 80-е никак не выйдут из моды? Колонка Правила жизни: почему 80-е никак не выйдут из моды?

Почему 80-е оказались такими живучими — по крайней мере, в поп-культуре

Правила жизни
Правила жизни Роберта Земекиса Правила жизни Роберта Земекиса

Правила жизни режиссера «Назад в будущее»

Esquire
Нейроны самок мышей среагировали на отказ от алкоголя сильнее самцов Нейроны самок мышей среагировали на отказ от алкоголя сильнее самцов

Что может объяснять повышенную уязвимость женщин к абстинентному синдрому?

N+1
Мультиплан: безумный самолет с 1000 крыльев Мультиплан: безумный самолет с 1000 крыльев

Некоторые изобретатели верили, что чем больше крыльев в самолете, тем лучше

Популярная механика
История рубашки поло: от спортивной формы до универсальной классики мужского гардероба История рубашки поло: от спортивной формы до универсальной классики мужского гардероба

Рубашка поло: рассматриваем в деталях

Esquire
Полезно ли молоко? Полезно ли молоко?

В детстве нас убеждали, что молоко необходимо для здоровья

Psychologies
Обычные отношения. Как сериал «Нормальные люди» стал манифестом любви миллениалов и поколения Z Обычные отношения. Как сериал «Нормальные люди» стал манифестом любви миллениалов и поколения Z

Сериал «Нормальные люди» стал хитом: его уже посмотрело 16 млн человек

Forbes
Инопланетяне, где вы? Одни ли мы во Вселенной Инопланетяне, где вы? Одни ли мы во Вселенной

Повезло ли кому-нибудь во Вселенной так же, как и нам?

Популярная механика
«Он ударил меня кулаком в живот»: Паршута и другие жертвы насилия среди звезд «Он ударил меня кулаком в живот»: Паршута и другие жертвы насилия среди звезд

Звезды, которые нашли в себе силы выйти из абьюзивных отношений

Cosmopolitan
Наука против пушек: как развивалась астрономия в период войны Наука против пушек: как развивалась астрономия в период войны

В годы войны астрономия достигла заметных успехов

Популярная механика
Ученые успешно воспроизвели аспекты теории перспектив Ученые успешно воспроизвели аспекты теории перспектив

Теорию перспектив из работы Канемана и Тверски удалось применить на практике

N+1
Единство смартфона и содержания Единство смартфона и содержания

Что такое скринлайф и есть ли у него будущее

Огонёк
Правила жизни Джима Джармуша Правила жизни Джима Джармуша

Правила жизни кинорежиссера Джима Джармуша

Esquire
Игра Streets of Rage 4 могла стать чудовищным провалом Игра Streets of Rage 4 могла стать чудовищным провалом

Streets of Rage 4 – культурный феноменом и достижение индустрии видеоигр

GQ
Как менеджер паролей может предотвратить утечку информации Как менеджер паролей может предотвратить утечку информации

Всего один пароль - и не надо ломать голову над доступом к разным аккаунтам

CHIP
Стимуляция зрительной коры заставила слепых видеть буквы Стимуляция зрительной коры заставила слепых видеть буквы

Ученые добились появления зрительных образов через стимуляцию зрительной коры

N+1
10 видов мужских селфи, которые бесят женщин 10 видов мужских селфи, которые бесят женщин

Мужские селфи — настоящий бич современного Интернета

Maxim
Спящая красавица Спящая красавица

Как ухаживать за кожей перед сном, чтобы хорошо выглядеть с утра?

Лиза
Автомобилистов предупредили о магнитных бурях. Как теперь ездить? Автомобилистов предупредили о магнитных бурях. Как теперь ездить?

Как погода влияет на реакцию водителей и почему лучше не пить лекарства за рулем

РБК
Открыть в приложении