Работа, опубликованная в журнале Nature Physics, раскрывает новые возможности в квантовой метрологии — науке о сверхточных измерениях, основанных на странных свойствах квантовых частиц. Исследователи из Венского технического университета (TU Wien), Чалмерсского университета технологий в Швеции и Университета Мальты показали, что можно существенно повысить точность квантовых часов, используя две разные временные шкалы.
Классические часы состоят из генератора временной базы — например, маятника или квантовых колебаний атомов — и счетчика, который подсчитывает количество таких циклов. Проблема в том, что для повышения точности необходимо увеличивать энергию и количество энтропии, то есть беспорядка в системе. Раньше считалось, что точность напрямую пропорциональна энергии.
Новая идея основана на использовании двух «стрелок» с разными характеристиками — быстрой и медленной. Быстрая «стрелка» — квантовый процесс, где частица перемещается по часам без увеличения энтропии. Медленная «стрелка» — обратимый счетчик, фиксирующий изменения и увеличивающий энтропию. За счет этого достигается экспоненциальное увеличение точности измерений без пропорционального роста затрат энергии.
«Этот подход позволяет сделать часы гораздо точнее, чем предполагали прежние теории, и его можно проверить с помощью современных квантовых технологий, таких как сверхпроводящие цепи», — поясняет профессор Маркус Хубер из TU Wien. Работа также углубляет понимание связи между квантовой физикой и термодинамикой — наукой о тепле и энергии.
Результаты открывают новые пути для создания сверхточных приборов, которые могут применяться в навигации, телекоммуникациях и фундаментальных физических экспериментах. Это серьезный шаг вперед в квантовых измерениях и контроле квантовых систем.
Интересно, как квантовые часы учатся обходить ограничения точности, играя со временем и энергией. А в мире квантовых вычислений тем временем происходит настоящая гонка — крупные компании уже заявляют о скором появлении практичных квантовых компьютеров с реальным потенциалом изменить наше будущее. Ранее Наука Mail рассказала, как IBM сделала шаг к созданию мощного квантового суперкомпьютера.