Прослушивание квантового радио
Исследователи Дельфтского Технологического университета создали квантовую схему, которая дает им возможность слушать самый слабый радиосигнал, допускаемый квантовой механикой. Эта новая квантовая схема открывает дверь для потенциальных будущих устройств в таких сферах как радиоастрономия и медицина (MRI). Она также позволяет исследователями проводить эксперименты, которые могут пролить свет на взаимосвязь между квантовой механикой и силой притяжения. Результаты были опубликованы в журнале Science.
Каждый из нас иногда испытывал раздражение из-за слабых радиосигналов в нашей обычной жизни: наша любимая песня по радио в автомобиле, испорченная шумом, невозможность проверить свою электронную почту, находясь слишком далеко от Wi-Fi роутера. Наше обычное решение в таких случаях – сделать сигнал сильнее, например, выбрав другую радиостанцию или переместившись в другую часть своей гостиной. А что, если мы просто могли бы слушать более внимательно?
Слабые радиосигналы – это не только проблема для людей, которые пытаются поймать свою любимую радиостанцию, но также для МРТ сканеров в больницах, и для телескопов, которые ученые используют для наблюдения за космосом.
В квантовом «скачке» в обнаружении радиочастоты исследователи из группы профессора Гарри Стила в Делфте продемонстрировали обнаружение фотонов или квантов энергии, самых слабых сигналов, допускаемых теорией квантовой механики.
Квантовые куски
Одно из странных предположений квантовой механики заключается в том, что энергия приходит в крошечных частичках, называемых «квант». Что это значит? «Скажем, я качаю ребенка на качелях», - говорит ведущий исследователь Марио Джели. «В классической теории физики, если я хочу, чтобы ребенок качался чуть быстрее, я могу немного подтолкнуть качели, придавая им больше скорости и больше энергии. Квантовая механика говорит другое: я могу только увеличить энергию ребенка на один «квантовый шаг» за раз. Толкнуть на половину этой величины невозможно».
Для ребенка на качелях эти «квантовые шаги» столь малы, что их невозможно заметить. До недавнего времени это было верным и для радиоволн. Однако, команда ученых в Делфте разработала схему, которая может действительно обнаруживать эти куски энергии в радиочастотных сигналах, что открывает возможность для чувствительности к радиоволнам на квантовом уровне.
От квантового радио к квантовой гравитации?
Кроме устройств с квантовой чувствительностью группа в Делфте интересуется в применении квантовой механики на следующем уровне: масса. Хотя теория квантового электромагнетизма была разработана почти 100 лет назад, физики до сих пор не понимают, как вписать гравитацию в квантовую механику.
«Используя наше квантовое радио, мы хотим попытаться услышать и проконтролировать квантовые вибрации тяжелых объектов, и экспериментально изучить, что происходит, когда вы смешиваете квантовую механику и гравитацию», - говорит Джели. «Такие эксперименты очень сложны, но, если мы достигнем успеха, мы сможем протестировать можем ли мы сделать квантовую суперпозицию самого пространства-времени, новая концепция, которая проверит наше понимание как квантовой механики, так и общей теории относительности».
Источник: Технологический Университет Делфта (Delft University of Technology)
