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
Нехватка насекомых снизила успех размножения городских синиц Нехватка насекомых снизила успех размножения городских синиц

Городские синицы справляются с выведением потомства хуже лесных сородичей

N+1
Если в детстве ваши чувства игнорировали: восстанавливаем контакт с собой Если в детстве ваши чувства игнорировали: восстанавливаем контакт с собой

Игнорирование детских переживаний приводит к серьезным психологическим травмам

Psychologies
Менеджеры паролей: что это такое и чем полезны? Менеджеры паролей: что это такое и чем полезны?

Надоело запоминать пароли к разным ресурсам?

CHIP
Что говорят о нас отношения с деньгами Что говорят о нас отношения с деньгами

По тому, как человек относится к деньгам, можно определить его образ мышления

Psychologies
Что там, в Что там, в

Проблемы первого года брака и как все это пережить

Cosmopolitan
Все массовые вымирания в истории Земли связали с глобальным потеплением Все массовые вымирания в истории Земли связали с глобальным потеплением

Все массовые вымирания в истории Земли были связаны с глобальным потеплением

N+1
Трихолог — о способах борьбы с выпадением волос Трихолог — о способах борьбы с выпадением волос

Как справиться с облысением?

РБК
3 вопроса, которые превратят проблему в возможность 3 вопроса, которые превратят проблему в возможность

Как перестать вязнуть в этом болоте негатива

Psychologies
Связь между прогулками по новым местам и хорошим настроением оказалась двусторонней Связь между прогулками по новым местам и хорошим настроением оказалась двусторонней

Если люди посещают больше разнообразных мест, их настроение улучшается

N+1
Как индустрия киберспорта переживает период самоизоляции Как индустрия киберспорта переживает период самоизоляции

Как развиваются виртуальные соревнования и почему не стоит их игнорировать

GQ
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
Альбер Камю Альбер Камю

Статья про французского экзистенциалиста (1913–1960)

Дилетант
25 лучших фильмов, основанных на реальных событиях 25 лучших фильмов, основанных на реальных событиях

25 лучших криминальных фильмов в истории кинематографа

Esquire
5 самых захватывающих фантастических детективов 5 самых захватывающих фантастических детективов

Романы для тех, кто любит фантастику и остросюжетные детективные расследования

Популярная механика
12 отличных сериалов Hulu, которые стоит посмотреть 12 отличных сериалов Hulu, которые стоит посмотреть

Успех "Рассказа служанки" возвел студию Hulu в ранг больших стриминг-игроков

Esquire
Как поддержать организм: 8 главных вопросов про иммунитет Как поддержать организм: 8 главных вопросов про иммунитет

FAQ по иммунной системе организма

Cosmopolitan
История авантюриста Барта Тодда, который с помощью почтовых марок изменил экономику целой страны История авантюриста Барта Тодда, который с помощью почтовых марок изменил экономику целой страны

Как почтовые марки с помощью одного отчаянного туриста перевернули жизнь Бутана

Maxim
24 общеупотребительных слова, которые на самом деле являются торговыми марками 24 общеупотребительных слова, которые на самом деле являются торговыми марками

История названий брендов, которые превратились в часть нашей повседневной жизни

Esquire
Куропатки пожертвовали иммунитетом ради выживания в зимней Арктике Куропатки пожертвовали иммунитетом ради выживания в зимней Арктике

Тундровые куропатки зимой тратят меньше энергии на борьбу с инфекциями

N+1
Правой, левой: в чем разница между левшой и правшой Правой, левой: в чем разница между левшой и правшой

Стереотипы, связанные с преобладанием левого или правого полушария, сохраняются

Популярная механика
8 книг, которые можно прочитать за вечер 8 книг, которые можно прочитать за вечер

Короткие книги, с которыми можно расправиться за несколько часов

РБК
9 лучших каш для похудения 9 лучших каш для похудения

Каши, которые помогут избавиться от лишнего веса и оздоровить организм

Cosmopolitan
Моральный кодекс робота: можно ли привить машине ценности через книги Моральный кодекс робота: можно ли привить машине ценности через книги

Смогут ли роботы понять этические нормы, просто читая книги и новости

Популярная механика
Как 23-летние близнецы из уральского поселка завоевали миллионы подписчиков в TikTok и привлекли внимание Lay's и Лепса Как 23-летние близнецы из уральского поселка завоевали миллионы подписчиков в TikTok и привлекли внимание Lay's и Лепса

Как TikTok принес братьям-близнецам деньги и признание

Forbes
Гигантский прыжок космического капитализма: что значит для бизнеса отправка астронавтов Илоном Маском Гигантский прыжок космического капитализма: что значит для бизнеса отправка астронавтов Илоном Маском

Миссия SpaceX — важный символ победы частного капитала

Forbes
Ограничения стали новой нормой: как изменится жизнь после карантина Ограничения стали новой нормой: как изменится жизнь после карантина

Некоторые государства постепенно смягчают ограничения, введенные из-за пандемии

Forbes
Хищным динозаврам в верхней юре пришлось глодать кости родственников Хищным динозаврам в верхней юре пришлось глодать кости родственников

Экосистема, в которую входили эти динозавры, была основательно нарушена

N+1
«Каждый пятидесятый будет в шапочке из фольги»: Евгений Чичваркин о мире после пандемии, ошибке властей и неизбежном росте налогов «Каждый пятидесятый будет в шапочке из фольги»: Евгений Чичваркин о мире после пандемии, ошибке властей и неизбежном росте налогов

Евгений Чичваркин сделал неутешительные прогнозы на будущее

Forbes
Наш мир на самом деле серый — и другие факты о цвете Наш мир на самом деле серый — и другие факты о цвете

Все, что каждый обладатель глаз должен знать о ярких красках нашей жизни!

Maxim
Открыть в приложении