物理学者は2つのマクロオブジェクトを混乱させて測定しました

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物理学者は2つのマクロオブジェクトを混乱させて測定しました
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Anonim
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科学者の2つの異なるグループは、巨視的機械システムにおける量子現象を実験的に実証することができました。それらの1つは、量子もつれ状態を生成し、直接実験によってその存在を確認する方法を示しました。 2つ目は、同様のシステムの測定で標準的な量子限界を回避することを学びました。 1番目と2番目の作品はジャーナルScienceに掲載されました。

接頭辞「量子」の存在は、多くの場合、原子、光子、励起子などの非常に小さな微細な物体を指します。それらに基づいて、量子力学が予測して説明する効果を実証し、計算または通信用のセンサーと回路を作成することができます。実際、巨視的な物体も量子特性を示しますが、古典的な物体よりもはるかに弱いので、注意深い実験によってのみそれらを明らかにすることができます。

このような実験は、米国国立標準技術研究所とアールト大学の研究チームによって、それぞれJohn D.TeufelとMikaA.Sillanpääが率いる研究チームによって実施されました。 1つ目は、巨視的物体(振動膜)の量子もつれの証拠を実験的に示して提供し、2つ目は、同様のシステムの量子力学的測定における逆効果を調査し、それを回避する方法を見つけました。

どちらの研究も、研究の方向性は異なりますが、同じ物理システムを使用していました。直径10マイクロメートル、質量100ピコグラムの円形の超伝導アルミニウム膜で、コンデンサープレートの1つとして機能します。次に、コンデンサが電気回路に組み込まれ、回路内の電圧の変化により、プレートの機械的振動が記録されます。両方のグループは、それらの間の新たな量子相関を監視するために、2つの高感度コンデンサを備えた回路を使用しました。

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電気回路における2つの膜の絡み合い

Teufelのグループは、マイクロ波パルスを使用してシステムを励起し、マイクロ波プレートの振動の相関関係を測定しました。相関分布の分散が0.5未満の場合、相関状態は絡み合います。科学者によって測定された値は0、2未満であることが判明しました。以前の作品とは対照的に、著者は偶然ではなく決定論的に絡み合いを生成し、計算だけに頼らずに直接実験的な方法でその存在を確認しました。さらに、測定の効率性により、システム内のノイズは、2つの振動膜間の絡み合いの発生の確認を妨げませんでした。

別の完全に量子的な現象-測定によるシステムの状態の破壊について-はSillanpääのグループによって調査されました。この効果は、ハイゼンベルグの不確定性原理に基づいています。これらの量の1つを正確に測定すると、もう1つが必然的に変化するため、オブジェクトの位置と運動量の両方を特定の精度で測定することは不可能です。座標を一定に追跡する場合、測定精度は標準の量子限界によって決定されます。したがって、著者らは膜に作用する力を測定しました-そのような測定は標準的な量子限界を制限しません。さらに、2つの物理的振動子を使用して1つの機械的振動子を効果的にコーディングすることで、著者はシステムに対する測定の影響を回避することができました。この場合、不確実性は集合的な自由度で発生しますが(たとえば、2つのオシレーターの平均座標を測定する場合)、個々の自由度では発生しません。

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機械的発振器と測定用の電気回路を備えたシステムのアナロジー

科学者は、4つの異なるマイクロ波信号を使用して、システムの異なる集合変数(2つの直交位相の半分の合計と半分の差)を測定しました。彼らは、単一の発振器を使用して予測された標準的な量子限界よりも高い精度を達成することができました。測定回路にフィードバックを追加することで、著者は2つの発振器の量子もつれを生成および安定化することができ、米国国立標準技術研究所の同僚の作業を補完しました。

エンタングルメントと巨視的オブジェクトを所定の精度で測定する可能性を実験的に証明することに加えて、両方のグループの作業を使用して、連続変数を使用した計算で量子ゲートを作成したり、効率的な測定を作成したり、異なる物理プラットフォーム間で情報を変換したりできます。 。

物理学者はまた、マイクロオブジェクトを備えた他のプラットフォームのフレームワーク内での非破壊測定とエンタングルメント生成の問題を調査しています。ロシアの物理学者は高精度測定に量子計測を使用し、オーストラリアと日本の研究者はキュービットの非破壊測定を欠陥、そして中国と米国からの物理学者のグループは、冷却された原子と分子を絡ませることに成功しました…

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