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

«Я никогда не занимался бизнесом, чтобы зарабатывать деньги». Ричард Брэнсон — о неудачах, репутации и счастье «Я никогда не занимался бизнесом, чтобы зарабатывать деньги». Ричард Брэнсон — о неудачах, репутации и счастье

Ричард Брэнсон — о целях бизнеса, правилах делегирования и управления компанией

Inc.
Выживут только не роботы Выживут только не роботы

Что происходит с эмпатией в виртуальную эпоху

GQ
Похороны Зевса. Послесловие к фильму Лозницы Похороны Зевса. Послесловие к фильму Лозницы

С какой стати фильм «Государственные похороны» стал одним из хитов интернета

СНОБ
Почему изоляция влияет на твое либидо: 7 советов, как его вернуть Почему изоляция влияет на твое либидо: 7 советов, как его вернуть

Разбираемся, как именно пандемия влияет на либидо, и что с этим делать

Playboy
Стать лучшей версией себя: 7 книг для саморазвития от вице-президента Whirpool Стать лучшей версией себя: 7 книг для саморазвития от вице-президента Whirpool

Книги, которые перевернут ваше представление о себе

Forbes
35 простых правил жизни помогут сохранить окружающую среду 35 простых правил жизни помогут сохранить окружающую среду

Как быть социально и экологично ответственным человеком

GQ
Как встречаться с девушкой, которая одержима соцсетями: полезное руководство Как встречаться с девушкой, которая одержима соцсетями: полезное руководство

Мешают ли социальные сети вашим отношениям?

Playboy
Как мне удалось провести месяц карантина с пользой Как мне удалось провести месяц карантина с пользой

CEO Mobi-Soft Дмитрий Простов отказался от фастфуда, занялся йогой и медитацией

Reminder
14 фактов о «Звездных войнах» 14 фактов о «Звездных войнах»

Знал ли ты, что Тупак Шакур мог стать джедаем?

Maxim
Интервальное голодание: развенчиваем мифы о Интервальное голодание: развенчиваем мифы о

Какие плюсы и минусы есть у интервального голодания?

Cosmopolitan
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
От «Клана Сопрано» до «Чернобыля»: 25 лучших сериалов HBO От «Клана Сопрано» до «Чернобыля»: 25 лучших сериалов HBO

Лучшие из неочевидных и самые известные сериалы HBO

Esquire
Как выглядит электромагнитное излучение: от радио до гамма-лучей Как выглядит электромагнитное излучение: от радио до гамма-лучей

Что изменилось бы в восприятии мира вокруг нас, если бы наши глаза видели фотоны

Популярная механика
«Катюша»: оружие победителей «Катюша»: оружие победителей

Реактивные системы залпового огня БМ-8 и БМ-13 — символ победы СССР

Популярная механика
«Вулканы — это благородные злодеи» «Вулканы — это благородные злодеи»

Член-корреспондент РАН Иван Кулаков — о вероятности скорого суперизвержения

Огонёк
Сон или зубрежка всю ночь? Ответ подсказали мозговые волны Сон или зубрежка всю ночь? Ответ подсказали мозговые волны

Научные доказательства того, что сон очень важен в процессе запоминания

Популярная механика
Менеджеры паролей: что это такое и чем полезны? Менеджеры паролей: что это такое и чем полезны?

Надоело запоминать пароли к разным ресурсам?

CHIP
Как Северная Корея и Южная Корея пошли по разным дорожкам Как Северная Корея и Южная Корея пошли по разным дорожкам

Не было в мире более яркого геополитического эксперимента, чем разделение Кореи

Maxim
На На

История долгого и счастливого брака Леонида Ярмольника и его жены Оксаны

Cosmopolitan
Как фриланс влияет на здоровье: исследования, проблемы и решения Как фриланс влияет на здоровье: исследования, проблемы и решения

Фриланс многим представлялся как работа мечты, но у этого формата есть нюансы

РБК
Ок, зумер: как 26-летний рэпер из Петербурга стал кумиром подростков и заработал миллионы Ок, зумер: как 26-летний рэпер из Петербурга стал кумиром подростков и заработал миллионы

Группа «Френдзона» зарабатывает миллионы рублей на стриминге и турах

Forbes
В России впервые синтезировали тонкую пленку из хлорида натрия В России впервые синтезировали тонкую пленку из хлорида натрия

Ученые подтвердили возможность существования тонкой пленки хлорида натрия

Популярная механика
Древнейшая мелодия в мире: как звучит Хурритский гимн №6 Древнейшая мелодия в мире: как звучит Хурритский гимн №6

Хурритские песни – старейшие «нотные записи»

Популярная механика
Как пропадают из нашей жизни целые явления Как пропадают из нашей жизни целые явления

Как из жизни пропадают целые явления, а мы этого даже не замечаем

GQ
Пятиминутный путеводитель по теориям заговоров Пятиминутный путеводитель по теориям заговоров

Какие существуют конспирологические теории

Esquire
Как Джош Транк и Том Харди переосмыслили биографию Аль Капоне: интервью с режиссером фильма Как Джош Транк и Том Харди переосмыслили биографию Аль Капоне: интервью с режиссером фильма

Джош Транк — о том, как он переосмыслил биографию известного гангстера США

Esquire
Спокойной ночи, платежи: истории россиян, которые нашли необычные способы избавиться от кредита Спокойной ночи, платежи: истории россиян, которые нашли необычные способы избавиться от кредита

Непогашенные кредиты имеют почти 40 миллионов россиян

Esquire
«Это ловушка для водителей». Штрафы за среднюю скорость пропишут в КоАП «Это ловушка для водителей». Штрафы за среднюю скорость пропишут в КоАП

Минюсту предложили добавить в КоАП штрафы за превышение средней скорости

РБК
7 польских производителей самолётов 7 польских производителей самолётов

Краткий гид по польской авиации

Популярная механика
Знают свое место Знают свое место

Как сделать ванную комнату и функциональной, и красивой

Grazia
Открыть в приложении