В Оксфордском университете добились ранее недоступного квантового эффекта, который ускорит развитие квантовых компьютеров и сенсоров. Речь идет о так называемом квадсжатии — сложном явлении, которого ранее не наблюдали в экспериментах.
Исследователи работали с квантовым осциллятором — системой, которая ведет себя как колеблющийся объект, например, пружина или маятник. В квантовой физике такие системы описывают световые волны, колебания молекул и движение отдельных атомов, а их контроль лежит в основе квантовых технологий.
Один из ключевых методов управления такими системами — «сжатие», при котором ученые перераспределяют квантовую неопределенность: одну величину определяют точнее, а другую — хуже. Этот эффект уже используют, например, для повышения чувствительности детекторов гравитационных волн.
Авторы работы пошли дальше и получили более сложные формы такого эффекта — трисжатие и квадсжатие. Ранее физики не могли зафиксировать их в экспериментах, поскольку эффекты более высокого порядка оставались слишком слабыми и быстро исчезали на фоне шума. Ученые обошли это ограничение и объединили два точно контролируемых воздействия на один захваченный ион. По отдельности они дают простой эффект, но вместе усиливают друг друга за счет некоммутативности и формируют более сильное квантовое взаимодействие.
Команда получила сразу несколько типов эффектов и ускорила появление квадсжатия более чем в 100 раз по сравнению с традиционными подходами. Измерения подтвердили результат: исследователи восстановили квантовые состояния и зафиксировали характерные структуры для эффектов второго, третьего и четвертого порядка.
Авторы считают, что метод открывает доступ к ранее недостижимым квантовым эффектам и позволяет управлять ими. Подход применят в квантовом моделировании, сенсорах и вычислениях, а также распространят на более сложные системы.
