Исследователи из Делфтского технологического университета создали квантовую схему, которая позволяет им слушать самый слабый радиосигнал, допускаемый квантовой механикой. Эта новая квантовая схема открывает двери для возможных будущих применений в таких областях, как радиоастрономия и медицина. Это также позволяет исследователям проводить эксперименты, которые могут пролить свет на взаимодействие между квантовой механикой и гравитацией.
В какой-то момент нашей жизни нас всех раздражали слабые радиосигналы: наша любимая песня в машине превращалась в шум, интернет терял связь, если отойти от Wi-Fi маршрутизатора. Наше обычное решение - увеличить сигнал, например, выбрав другую радиостанцию или переместившись на другую сторону гостиной. Что если бы мы могли просто слушать радиосигналы внимательнее?
Слабые радиосигналы являются проблемой не только для людей, пытающихся найти свою любимую радиостанцию, но и для сканеров магнитно-резонансной томографии (МРТ) в больницах, а также для телескопов, которые ученые используют для наблюдений в космосе.
Исследователи из группы профессора Гэри Стила в Делфте продемонстрировали обнаружение фотонов или квантов энергии, самых слабых сигналов, допускаемых теорией квантовой механики.
Квантовые куски
Одно из странных предсказаний квантовой механики состоит в том, что энергия состоит из крошечных кусочков, называемых «квантами». Что это значит? «Скажем, я толкаю ребенка», - сказал ведущий исследователь Марио Гели. «В классической теории физики, если я хочу, чтобы ребенок двигался немного быстрее, я могу дать ему небольшой толчок, придав больше скорости и энергии. Квантовая механика говорит нечто иное: я могу увеличить энергию ребенка только на "квантовый шаг " за раз. Меньше этой величины быть не может » .
Для ребенка на качелях эти "квантовые шаги" настолько малы, что их нельзя заметить. До недавнего времени то же самое было верно и для радиоволн. Тем не менее исследовательская группа в Делфте разработала схему, которая может обнаруживать эти порции энергии в радиочастотных сигналах, открывая потенциал для восприятия радиоволн на квантовом уровне.
От квантового радио до квантовой гравитации?
Помимо квантового зондирования, группа в Делфте заинтересована в том, чтобы вывести квантовую механику на следующий уровень: масса. Хотя теория квантового электромагнетизма была разработана почти 100 лет назад, физики до сих пор озадачены тем, как вписать гравитацию в квантовую механику.
«Используя наше квантовое радио, мы хотим попытаться слушать и контролировать квантовые колебания тяжелых объектов, а также экспериментально исследовать, что происходит, когда вы смешиваете квантовую механику и гравитацию», - сказал Гели. «Такие эксперименты трудны, но в случае успеха мы сможем проверить, сможем ли мы сделать квантовую суперпозицию самого пространства-времени, новую концепцию, которая проверит наше понимание как квантовой механики, так и общей теории относительности».
Источник: Delft University of Technology