Naukowcy Uniwersytetu Oksfordzkiego po raz pierwszy odkryli kwantowe oddziaływanie czwartego rzędu, otwierając nowe horyzonty do badania natury Wszechświata

Przełom kwantowy: po raz pierwszy stworzono „kwadratowe skurczenie”

*Oksfordscy naukowcy odkryli nowy rodzaj interakcji kwantowej, który może poprawić dokładność czujników i symulatorów.*

Czym jest kompresja w mechanice kwantowej?
W fizyce klasycznej można precyzyjnie mierzyć zarówno położenie, jak i prędkość obiektu. W świecie kwantowym jest to niemożliwe – zasada nieoznaczoności Heisenberga ogranicza jednoczesną wiedzę o współrzędnych elektronu i jego szybkości.

Gdy „skurczamy” jedną z wielkości (np. zmniejszamy błąd pomiaru położenia), rozkład prawdopodobieństwa się zmienia: zamiast koła staje się elipsą. To już subtelniejsze stanu niż w przypadku klasyczne.

Co nowego zaproponowali badacze?
Oksfordski zespół po raz pierwszy udowodnił kwadratowe skurczenie – interakcję kwantową czwartego rzędu.

- W przeciwieństwie do „zwykłego” skurczenia (drugiego rzędu), które już wykorzystuje się w detektorach fal grawitacyjnych, kwadratowe skurczenie tworzy rozkłady prawdopodobieństwa o bardziej złożonym kształcie: nie elipsę, lecz „płatki i kolce”.

- Takie stany pozwalają wykrywać jeszcze słabsze sygnały, otwierając drogę do nadzwyczaj wrażliwych czujników.

Jak to zostało zrobione?
1. System eksperymentalny – jeden utrzymany jon.
2. Dwie kontrolowane siły laserowe (o różnych częstotliwościach, fazach i amplitudach) są stosowane do jonu.
- Każda siła osobno wywołuje tylko liniowy efekt.
- Ich niekomutująca interakcja generuje silne nieliniowe działanie kwantowe czwartego rzędu.
3. Parametry sił można zmieniać tak, aby „wyłączyć” niepożądane efekty i aktywować pożądany typ skurczenia.

Wynik: kwadratowe skurczenie generowane było ponad 100 razy szybciej niż przy tradycyjnych metodach.

Potwierdzenie i perspektywy
- Stany ruchu jonu zostały zrekonstruowane, co potwierdziło istnienie charakterystycznych kształtów dla różnych rzędu interakcji.
- Teraz badacze rozszerzają podejście na systemy wielomodalne i stosują je do innych platform kwantowych: układów nadprzewodzących, zimnych atomów itp.
- Metoda już jest używana do generowania superpozycyjnych skompresowanych stanów oraz modelowania sieciowej teorii kalibracyjnej.

Co to oznacza?
- Symulacja kwantowa zyskuje nowy instrument do tworzenia złożonych stanów kwantowych.
- Nadzwyczaj precyzyjne czujniki mogą stać się bardziej wrażliwe, co jest ważne dla obserwacji fal grawitacyjnych i innych wysokoprecyzyjnych pomiarów.
- Możliwość kontrolowania interakcji czwartego rzędu otwiera nowe horyzonty w obliczeniach kwantowych.

W ten sposób kwadratowe skurczenie jest pierwszym krokiem do wykorzystania „ciężkiej” interakcji kwantowej dla praktycznych zadań, które wcześniej wydawały się nieosiągalne.