Учёные из Центра квантовых технологий Корейского институка науки и технологий (KIST) представили первую в мире распределённую квантовую сенсорную систему, которая одновременно повышает точность и разрешение измерений. Под руководством доктора Хян-Тага Лима команда открыла путь к сверхчувствительной метрологии, квантовой микроскопии и астрономическим наблюдениям нового уровня. Результаты опубликованы в Physical Review Letters (PRL).

Стандартный квантовый предел: барьер, который считался непреодолимым

Любые измерения с использованием света и материи ограничены стандартным квантовым пределом — фундаментальной границей чувствительности, вытекающей из принципа неопределённости Гейзенберга. Распределённые квантовые сенсоры ранее могли улучшать точность, но теряли в разрешении, не позволяя различать мелкие структуры.

Ключевое открытие: мульти-модовое состояние N00N

Команда KIST впервые применила мульти-модовое состояние N00N, в котором несколько фотонов запутаны одновременно по нескольким оптическим каналам. Это создаёт сверхплотные интерференционные полосы, превращая систему в сверхчувствительный «квантовый глаз».

В эксперименте использовалось двухфотонное N00N-состояние, распределённое по четырём каналам. Такой подход позволил:

  • одновременно измерять две независимые фазы;
  • повысить точность на 88 % по сравнению с классическими методами;
  • приблизиться к пределу Гейзенберга — теоретическому максимуму квантовой чувствительности.

От лаборатории к реальному миру

По словам доктора Хян-Тага Лима, прорыв доказывает практическую ценность квантовой запутанности:

«Наши результаты открывают двери для реальных квантовых сенсорных сетей. В сочетании с кремниевыми квантовыми чипами такие системы смогут войти в повседневные устройства — от медицинских сканеров до космических телескопов».

Перспективы применения

  • Квантовая микроскопия: визуализация на молекулярном и субмолекулярном уровне.
  • Астрономия: обнаружение экзопланет и гравитационных волн с недостижимой ранее чёткостью.
  • Метрология: калибровка приборов с точностью, выходящей за рамки классической физики.

Вкратце

Учёные KIST создали первую распределённую квантовую сенсорную сеть на мульти-модовых N00N-состояниях, одновременно повысив точность и разрешение измерений на 88 % и приблизившись к пределу Гейзенберга — это открывает эру сверхчувствительных квантовых технологий в науке и повседневности.