Американские физики использовали запутывание атомов между собой, чтобы преодолеть стандартный квантовый предел при измерении с помощью атомного интерферометра. Для этого они применяли процедуру сжатия к коллективному квантовому состоянию атомов. В результате точность интерферометра почти в полтора раза превысила ограничения, накладываемые квантовой механикой для несжатых состояний.

Исследование опубликовано в Nature.

Атомные интерферометры в последние годы стали распространенным инструментом в руках физиков. По принципу работы они напоминают оптические интерферометры, однако вместо света в них используется волновая природа материи. Пучок атомов, обычно в свободном падении, подвергается короткому лазерному воздействию, расщепляющему волновые функции на две части, соответствующие различным траекториям в рабочей камере. Последующее объединение этих частей приводит к интерференции, чья картинка чувствительна к набегу фазы, происходящему в плечах интерферометра.

Мы уже рассказывали, как такие интерферометры оказываются способны ощутить пустоты под землей и обнаружить гравитационный эффект Ааронова — Бома.

Атомные интерферометры, как и любые физические приборы, имеют ограничения по точности. В случае с интерференцией волн материи ключевым параметром остается фаза, извлечение которой подвержено квантовым шумам. Ограничения на точность, имеющие фундаментальный квантовый характер, называют стандартным квантовым пределом. Подробнее о них вы можете прочитать в материале «Далеко ли до предела?».

Однако еще в конце прошлого века физики поняли, что ограничения, накладываемые стандартным квантовым пределом, можно несколько ослабить, если запутать измеряемые объекты. Чтобы применить эту идею к атомной интерферометрии, группа физиков из Национального института стандартов и технологий (NIST) под руководством Джеймса Томпсон (James Thompson) использовала атомы рубидия, переведенные в сжатое состояние и свободно падающие в вертикальном резонаторе высокой добротности. Это позволило повысить чувствительность интерферометра за границей стандартного квантового предела.