Forskere slog kvantegrænsen for mikrobølgemålinger

Forskningsgrupper ved Aalto University og University of Jyväskylä har demonstreret en ny mikrobølge -målemetode, der går til kvantegrænsen for måling og slår den. Den nye metode kan potentielt bruges f.eks. Til kvanteberegning og måling af gravitationsbølger. Resultaterne blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve den 6.3.2017, en af ​​de mest prestigefyldte fysiske tidsskrifter.

Ifølge Heisenberg usikkerhedsprincip i kvantemekanik, en observatør kan ikke samtidig få nøjagtig information om både positionen og momentumet for en partikel. Dette princip sætter en grundlæggende grænse for enhver måling. I kvantemekanikken er endda lys, eller mere generelt elektromagnetiske bølger, kan repræsenteres af partikler, fotoner, og dermed er deres opdagelse underlagt usikkerhedsprincippet. Uden usikkerhed, selv svageste signaler kunne måles, og f.eks. ville mobiltelefonnettet fungere overalt i verden med et enkelt adgangspunkt.

For radio- og mikrobølger, der anvendes i telekommunikation, måleusikkerheden skyldes de tekniske ufuldkommenheder. De udgør meget mere alvorlige begrænsninger for måling af signaler end kvantegrænsen. Imidlertid, kvantegrænse for mikrobølgemåling er hidtil nået med superledende kredsløb, der anvendes i kvanteberegning. I tidligere relateret forskning, Aalto- og Jyväskylä -grupper nærmede sig det tæt ved at kombinere mikrobølgeresonatorer med vibrerende nanodrums.

Til kvantegrænsen og videre med nanodrums

Grupperne bruger en ny teknik til at drive deres nanodrums til at realisere en måling, der endda går ud over kvantegrænsen. For partiklen ville dette være muligt ved kun at måle position eller momentum, og helt kasserer oplysningerne om den anden ejendom. "For en lysbølge, kun adgang til en del af bølgen og kassering af informationen i den anden del realiserer en analog måling ", forklarer Caspar Ockeloen-Korppi, hvem foretog målingen ved hjælp af nanodrums.

Forskningsgrupperne har patenteret måleskemaet. Professor Mika Sillanpää, der leder forskningen, fremhæver de mulige anvendelsesområder:"Det kan bruges til at få adgang til bittesmå signaler, f.eks. i kvanteberegning og måske også til måling af gravitationsbølger."

Ud over Ockeloen-Korppi og Sillanpää, forskergruppen bestod af Juha-Matti Pirkkalainen, Erno Damskägg, Tero Heikkilä og Francesco Massel. Arbejdet blev udført i Academy of Finland Center of Excellence on Low Temperature Quantum Phenomena and Devices, og det blev også delvist finansieret af Det Europæiske Forskningsråd.