С какой точностью можно одновременно узнать скорость и местонахождение одиночного фотона?
А как же принцип неопределённости Гейзенберга? Увы, он пал жертвой недопонимания.
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 полистатьздесь.
Подготовлено по материалам Квинслендского университета.
Чем квантовая механика способна помочь холодильнику Эйнштейна?
Холодильник — хоть квантовый, хоть классический — в общем и целом отводит тепло от охлаждаемого объекта сначала в какую-то рабочую ёмкость, а затем в окружающую среду. Казалось бы, что тут можно поправить квантовой механикой?
Стандартный холодильник использует внешний источник энергии, а в случае абсорбционного холодильника по типу эйнштейновского — дополнительный внешний источник тепла. В отличие от обычных, последнему почти не нужна электроэнергия (нет компрессора), и, так как он не имеет движущихся частей, «эйнштейновец» почти не шумит.
Увы, холодильник, созданный физиками Эйнштейном и Силардом, до конвейера не добрался. Можно долго разливаться соловьём о причинах, но не мы не будем. Просто констатируем: без инженерной доводки вообще мало что «идёт в серию», а тратить на это деньги было некому, да и основные интересы изобретателей лежали несколько в иной плоскости. А кроме них, эти холодильники никого особенно не интересовали: даже «Электролюкс» купил патент на них в 1930-х скорее на всякий случай. В итоге без доводки они не слишком хорошо охлаждали, если вес и размеры установки были небольшими, а при равных охладительных возможностях были в два–три раза крупнее современных устройств.
Учёные во главе с Луисом Корреа (Luis A. Correa) из Университета Ла Лагуна (Испания) взялись определить, каковы лимиты эффективности подобной схемы и нельзя ли поднять её практическую производительность. Чтобы не возиться со слишком простой задачей, заодно они попробовали узнать, можно ли использовать квантовомеханические принципы для повышения эффективности таких устройств.
В частности, им удалось выяснить, что если рабочий резервуар находится в сжатом состоянии — одном из чистых (когерентных) состояний квантовых систем, — то в системе возникают неклассические флуктуации, и тогда квантовый вариант холодильника Эйнштейна по эффективности может превосходить классический термодинамический лимит для подобного рода устройств. Учёные называют такой тип его работы «сверхэффективным» и утверждают, что для его достижения достаточно привести в сжатое состояние только источник тепла.
По их словам, применение сжатого состояния к рабочему объёму холодильника ведёт к значительному росту охлаждающих возможностей такой установки, и в принципе ценой умеренного увеличения потребления энергии можно добиться ситуации, когда температура внешнего источника тепла в среднем не увеличивается, но в термодинамическом описании работы холодильника (за счёт флуктуаций) она будет казаться растущей.
На первый взгляд, исследование не может иметь быстрого практического применения: те «квантовые холодильники», которые учёные собираются испытать экспериментально, поначалу будут делаться из алмазов, что выглядит не слишком практичным. Тем не менее сам вывод о том, что эффективность квантовых устройств на деле может превышать показатели классических приборов, довольно любопытен, и в ряде опытных установок квантовые холодильники вполне могут представлять практический интерес уже сегодня. В перспективе же испанцы предполагают производить эти не требующие сетевого энергопитания аппараты как минимум для использования в районах, лишённых стабильного доступа к электричеству.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Scientific Reports, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.
Подготовлено по материалам Phys.Org.
Источник: compulenta.computerra.ru.
Источник: compulenta.computerra.ru.
Свежие комментарии