Предел дробового шума: квантовые физики установили новый рекорд
В первом в своем роде эксперименте команда физиков преодолела так называемый предел дробового шума, максимизировав объем информации, которую можно извлечь из отдельных частиц света в оптических измерениях. На протяжении десятилетий физики-теоретики предсказывали, что измерения фотонов в квантовом состоянии обеспечат преимущество перед измерениями света в неквантовых системах — и теперь это наконец было подтверждено на практике.
Дробовой шум: электронная рябь
Дробовой шум — это беспорядочные флуктуации напряжений и токов относительно их среднего значения. Они возникают в цепях электронных устройств и обусловлены дискретностью самих носителей электрического заряда, то есть ионов и электронов. Поэтому перемещение каждого носителя заряда в общей цепи сопровождается всплеском тока. Квантовый физик Джефф Приде из Университета Гриффита в Австралии поясняет, что в квантовом состоянии, когда фотоны «спутаны» друг с другом, их свойства тоже вступают в связь. На практике это означает, что в измерениях меньше случайных величин, что делает их намного точнее. Однако ученые выяснили, что это работает только в том случае, если сами фотоны никуда не исчезают в процессе. Но куда может исчезнуть частица света?
Это связано с тем, что случайные ошибки проникают в оптические измерения в тот момент, когда некоторые фотоны непреднамеренно поглощаются или рассеиваются в измерительном устройстве, или же просто по разным причинам не могут быть обнаружены им. Именно этот фактор и создавал предел дробового шума, который не позволял ученым достичь теоретических пределов сверхчувствительных измерений фотонов в квантовом состоянии, но теперь это в прошлом.
Значение открытия
Приде отмечает, что сейчас физики могут отслеживать фотоны с высокой эффективностью, причем последние больше не «пропадают без следа». Оптическая физика используется повсеместно, от микробиологии и наноинженерии до астрономии, так что в будущем это открытие, к примеру, поможет сконструировать следующее поколение орбитальных зондов, которые смогут исследовать поверхность далеких планет и их лун даже сквозь плотную газовую атмосферу.
