С какой точностью можно одновременно узнать скорость и местонахождение одиночного фотона?

С какой точностью можно одновременно узнать скорость и местонахождение одиночного фотона?

Мартин Рингбауэр (Martin Ringbauer) из Квинслендского университета (Австралия) непреклонен: «Принцип неопределённости — одна из центральных черт квантовой механики, но его слишком долго понимали не так, как нужно».

А как же нужно? При помощи коллег учёный провёл совместные измерения единственного фотона «с непревзойдённой точностью» и пришёл к выводу, что «гейзенбергоподобные отношения» не работают для одновременных измерений», в связи с чем, естественно, было предложено обновить учебники.

Классический принцип Гейзенберга очерчивает количественно лишь ограничения для подготовки квантовой системы к измерениям, а вот вопрос, касающийся других возможных препон, формализует не до конца.

В прошлом году Кирил Брансиард (Cyril Branciard) из того же вуза высказал идею о том, как именно одновременные измерения могут быть реализованы, количественно описав минимальные возмущения, могущие возникнуть для той или иной точности эксперимента.

На этой теоретической базе возможно измерение двух разных параметров квантовой системы при оказании на объект лишь минимальных воздействий. Однако теория — это далеко не всё, и поэтому г-н Рингбауэр провёл эксперимент, в котором в действительности показал возможность достижения этого предела точности для одновременного измерения разных свойств квантовой системы. При этом для определения параметров отдельных фотонов использовался как метод трёх состояний, так и метод слабых измерений, о котором мы уже писали. Опыт продемонстрировал «исключительную точность измерений квантовых состояний вплоть до 0,999 98(6)», то есть была показана возможность одновременных измерений разных свойств таких систем с минимальной неопределённостью, что существенно меняет ситуацию с принципом неопределённости как таковым.


Хотя формально ни о каком нарушении принципа речь по-прежнему не идёт, с практической точки зрения в целом ряде случаев такой точности одновременных измерений должно вполне хватить для получения результатов, ранее считавшихся недостижимыми.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а его препринт можно полистать здесь.

Подготовлено по материалам Квинслендского университета.