Penelitian Dasar untuk membuka jalan bagi sensor kuantum generasi berikutnya.
Fisikawan di Australia dan Inggris telah menemukan cara untuk membentuk kembali ketidakpastian kuantum, menawarkan metode baru yang melintasi batas -batas yang ditetapkan oleh prinsip yang terkenal tentang ketidakpastian Heisenberg. Penemuan mereka dapat menempatkan fondasi untuk generasi sensor berikutnya dengan ketepatan luar biasa, dengan potensi penggunaan dalam navigasi, pencitraan medis, dan astronomi.
Prinsip ketidakpastian Heisenberg, pertama kali diperkenalkan pada tahun 1927, menyatakan bahwa tidak mungkin untuk mengetahui pasangan ciri -ciri tertentu, seperti posisi dan momentum partikel, tidak terbatas ketepatan pada saat yang sama. Dalam praktiknya, ini berarti bahwa meningkatkan akurasi dalam satu properti harus mengurangi kepastian di tempat lain.
Dalam sebuah studi yang diterbitkan di Kemajuan SainsPara peneliti yang dipimpin oleh Dr. Tingrei Tan dari Universitas Sydney Nano Institute dan School of Physics menunjukkan cara merancang trade-off alternatif, yang memungkinkan posisi dan momentum diukur secara bersamaan dengan akurasi luar biasa.
“Pikirkan tentang ketidakpastian seperti udara di balon,” kata Dr. Tan, seorang kolega Sydney Horizon di Fakultas Sains. “Kamu tidak bisa menghapusnya tanpa memunculkan balon, tetapi kamu bisa memerasnya untuk menggesernya. Itulah yang telah kita lakukan secara efektif. Kami mendorong ketidakpastian kuantum yang tidak dapat dihindari ke tempat -tempat yang tidak kita pedulikan (lompatan besar, kasar dalam posisi dan momentum) sehingga detail denda yang kita pedulikan dapat diukur lebih tepat.”
Para peneliti juga menggunakan analogi jam untuk menjelaskan temuan mereka (lihat gambar). Pikirkan jam normal dengan dua tangan: tangan jam dan menit tangan. Sekarang bayangkan jam hanya memiliki satu tangan. Jika ini jam, Anda dapat mengetahui jam berapa sekarang dan tentang menit apa, tetapi pembacaan menit akan sangat salah. Jika jam hanya memiliki tangan kecil, Anda dapat membaca menit dengan sangat tepat, tetapi Anda kehilangan jejak konteks yang lebih besar – khususnya, saat itu Anda berada. Pengukuran 'modular' ini mengorbankan beberapa informasi global dengan imbalan yang jauh lebih baik.
“Dengan menerapkan strategi ini dalam sistem kuantum, kami dapat mengukur perubahan dalam posisi dan momentum partikel yang jauh lebih tepat,” kata penulis pertama Dr. Christophe Valanahu dari tim Laboratorium Kontrol Kuantum di Universitas Sydney. “Kami mengirimkan informasi global tetapi mendapatkan kemampuan untuk mendeteksi perubahan kecil dengan sensitivitas yang belum pernah terjadi sebelumnya.”
Perangkat komputasi kuantum untuk protokol penginderaan baru
Strategi ini dijelaskan secara teoritis pada tahun 2017. Di sini, Dr. Tan melakukan demonstrasi eksperimental pertama menggunakan pendekatan teknologi yang sebelumnya mereka kembangkan untuk komputer kuantum yang dikoreksi oleh kesalahan, hasil baru -baru ini diterbitkan di Fisika Alami.
“Ini adalah crossover yang rapi Komputasi kuantum Untuk merasa, “kata seorang kolega dari penulis Profesor Nicolas Menicucci, seorang ahli teori dari University of RMIT.” Gagasan pertama yang dirancang untuk komputer kuantum yang kuat dapat diulang sehingga sensor mengambil sinyal yang lebih lemah tanpa tenggelam oleh noise kuantum.
Tim Sydney menerapkan protokol penginderaan menggunakan gerakan getaran kecil dari ion yang terperangkap – setara dengan kuantum pendulum. Mereka menyiapkan ion dalam “status grid”, semacam keadaan kuantum yang awalnya dikembangkan untuk komputasi kuantum yang dikoreksi oleh kesalahan. Dengan ini, mereka menunjukkan bahwa kedua posisi dan momentum dapat diukur bersama dengan presisi di luar 'batas kuantum' – yang terbaik yang dapat dicapai hanya menggunakan sensor klasik.
“Kami belum melanggar prinsip Heisenberg. Protokol kami bekerja sepenuhnya dalam mekanika kuantum,” kata Dr. Ben Baragiola, seorang kolega penulis dari RMIT. “Skema ini dioptimalkan untuk sinyal kecil, di mana detail halus lebih penting daripada yang kasar.
Mengapa itu penting
Kemampuan untuk mendeteksi perubahan yang sangat kecil adalah penting dalam semua sains dan teknologi. Sensor kuantum yang tepat dapat mempertajam navigasi di tempatnya GPS tidak berfungsi (seperti kapal selam, bawah tanah, atau spaceflight); meningkatkan pencitraan biologis dan medis; memantau bahan dan sistem gravitasi; atau selidiki fisika fundamental.
Sementara masih pada tahap laboratorium, percobaan menunjukkan kerangka kerja baru untuk teknologi penginderaan di masa depan yang ditargetkan untuk mengukur sinyal kecil. Alih -alih mengubah pendekatan yang ada, ia menambahkan alat pelengkap ke kotak peralatan penginderaan kuantum.
“Sama seperti jam atom mengubah navigasi dan telekomunikasi, sensor yang meningkat dalam kuantum dengan sensitivitas ekstrem dapat memungkinkan industri baru,” kata Dr. Valahu.
Upaya kolaboratif
Proyek ini menyatukan eksperimentalis di University of Sydney dengan para ahli teori di RMIT, University of Melbourne, Macquarie University, dan The Universitas Bristol Di Inggris. Ini menunjukkan bagaimana kolaborasi lintas -institusional dan perbatasan dapat mempercepat kemajuan dan memperkuat komunitas penelitian kuantum Australia.
“Karya ini menyoroti kekuatan kolaborasi dan koneksi internasional yang mendorong penemuan,” kata Dr. Tan.
Referensi: “Penginderaan multi-parameter yang meningkat dalam kuantum dalam mode tunggal” 24 September 2025, Kemajuan Sains.
Dua: 10.1126/sciadv.adw9757
Pendanaan: Dewan Penelitian Australia, Kantor Penelitian Angkatan Laut Global, Kantor Penelitian Angkatan Darat AS untuk Ilmu Fisika, Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara, Lockheed Martin, Komisi Eropa, Akademi Kuantum Sydney, H. dan A. Harley
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
NewsRoom.id
