Η κβαντική φυσική συχνά παρουσιάζεται ως το βασίλειο της αβεβαιότητας, με τον περίφημο κανόνα του Heisenberg να καθορίζει από το 1927 ότι δεν είναι δυνατόν να γνωρίζουμε ταυτόχρονα με απόλυτη ακρίβεια δύο συμπληρωματικές φυσικές ποσότητες, όπως η θέση και η ορμή ενός σωματιδίου. Παρ’ όλα αυτά, μια ερευνητική ομάδα του University of Sydney κατάφερε να βρει έναν πρωτοποριακό τρόπο να «μετατοπίσει» αυτή την αβεβαιότητα σε λιγότερο κρίσιμες περιοχές, αφήνοντας χώρο για ακριβέστερες μετρήσεις εκεί που έχουν πραγματικά σημασία.
Η ομάδα, υπό την καθοδήγηση των Tingrei Tan και Christophe Valahu, έδειξε πως είναι εφικτό να εκμεταλλευτούμε τις ιδιότητες της κβαντικής μηχανικής με τρόπο που να οδηγεί στη δημιουργία υπερ-συμπαγών και εξαιρετικά ακριβών αισθητήρων. Οι αισθητήρες αυτοί θα μπορούσαν στο μέλλον να αξιοποιηθούν σε τομείς όπως η πλοήγηση χωρίς GPS, η ιατρική διάγνωση και η παρατήρηση του Διαστήματος.
Για να εξηγήσουν την ιδέα, οι επιστήμονες κατέφυγαν σε ένα απλό παράδειγμα: φανταστείτε ένα ρολόι με δύο δείκτες. Αν παραμείνει μόνο ο δείκτης της ώρας, τότε χάνεται η λεπτομέρεια στα λεπτά, αλλά η γενική εικόνα της ώρας διατηρείται. Αντίστροφα, με τον δείκτη των λεπτών αποκτάται μεγάλη ακρίβεια, αλλά χάνονται οι «μεγάλες γραμμές» του χρόνου. Με τον ίδιο τρόπο, σε ένα κβαντικό σύστημα μπορούμε να «θυσιάσουμε» ορισμένες πληροφορίες που δεν είναι κρίσιμες, ώστε να κερδίσουμε εξαιρετική ακρίβεια σε άλλες παραμέτρους.
Η μεθοδολογία τους εφαρμόστηκε σε ένα παγιδευμένο ιόν που ταλαντώνεται σαν μικροσκοπικό κβαντικό εκκρεμές. Χρησιμοποιώντας ειδικές «grid states» – κβαντικές καταστάσεις που είχαν αρχικά αναπτυχθεί για τη διόρθωση λαθών σε κβαντικούς υπολογισμούς – η ομάδα πέτυχε μετρήσεις θέσης και ορμής με ακρίβεια που ξεπερνά το λεγόμενο τυπικό κβαντικό όριο, δηλαδή το όριο που θεωρούνταν μέχρι τώρα αξεπέραστο για τα συμβατικά συστήματα.
Η σημασία αυτού του επιτεύγματος είναι μεγάλη, όχι γιατί αντικαθιστά τις υπάρχουσες τεχνολογίες, αλλά επειδή προσθέτει ένα νέο εργαλείο στο «οπλοστάσιο» των κβαντικών αισθητήρων. Η δυνατότητα να ανακατανέμεται η αβεβαιότητα, αντί να επιχειρείται η εξάλειψή της – κάτι που είναι αδύνατο από τη φύση των πραγμάτων – ανοίγει νέους δρόμους σε πλήθος εφαρμογών.
Στον τομέα της πλοήγησης, οι αισθητήρες αυτοί θα μπορούσαν να προσφέρουν λύσεις σε περιβάλλοντα όπου το GPS αδυνατεί να λειτουργήσει, όπως τα υποβρύχια ή τα διαστημόπλοια που κινούνται σε μακρινές αποστολές. Στην ιατρική, η υπερακριβής καταγραφή δεδομένων μπορεί να οδηγήσει σε νέες μεθόδους απεικόνισης, βελτιώνοντας τη διάγνωση και την κατανόηση πολύπλοκων βιολογικών διεργασιών. Στην αστρονομία και τη φυσική των υλικών, τέτοια εργαλεία θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για την παρακολούθηση κοσμικών φαινομένων ή για την ανάλυση της συμπεριφοράς υλικών σε ακραίες συνθήκες.
Όπως τόνισε η ερευνητική ομάδα, ο δρόμος για την πρακτική αξιοποίηση αυτής της τεχνολογίας είναι ακόμη μακρύς. Χρειάζεται περαιτέρω ανάπτυξη ώστε οι συσκευές να γίνουν φορητές, οικονομικά προσιτές και κατάλληλες για ευρεία χρήση.
[via]
