Повышение точности сравнения частот между несколькими атомными часами открывает возможности для раскрытия нашего понимания всех видов природных явлений. Это важно, например, для измерения пространственно-временных вариаций фундаментальных констант, для геодезии, где частота атомных часов используется для измерения высот двух мест, и даже для поиска темной материи.

Основной предел точности

Запутанность — квантовое явление, при котором две или более частиц связываются друг с другом так, что их невозможно описать независимо друг от друга даже на огромных расстояниях, — является ключом к достижению фундаментального предела точности, определяемого квантовой теорией. В то время как предыдущие эксперименты продемонстрировали, что запутанность между часами в одной и той же системе может быть использована для улучшения качества измерений, исследователи впервые смогли добиться этого между часами в двух отдельных удаленно запутанных системах. Эта разработка прокладывает путь для приложений, подобных упомянутым выше, где жизненно важно сравнивать частоты атомов в разных местах с максимально возможной точностью.

Бетан Николь, один из авторов статьи, опубликованной в журнале Nature, сказала: «Благодаря годам напряженной работы всей команды в Оксфорде наш сетевой аппарат может производить запутанные пары ионов с высокой точностью и высокой скоростью одним нажатием кнопки. Без этой возможности эта демонстрация была бы невозможна».

Современная квантовая сеть

Оксфордская команда использовала современную квантовую сеть для достижения своих результатов. Эта сеть, разработанная британским Центром квантовых вычислений и моделирования (QCS), консорциумом из 17 университетов во главе с Оксфордским университетом, предназначена для квантовых вычислений и связи, а не для метрологии с квантовым усилением, но работа исследователей демонстрирует универсальность таких систем. Два часа, использованные для эксперимента, находились на расстоянии всего 2 метра друг от друга, но в принципе такие сети можно масштабировать для покрытия гораздо больших расстояний.

«Хотя наш результат в значительной степени является доказательством принципа, а абсолютная точность, которую мы достигаем, на несколько порядков ниже уровня техники, мы надеемся, что показанные здесь методы могут когда-нибудь улучшить современные системы. — объясняет доктор Рагхавендра Шринивас, еще один из авторов статьи. «В какой-то момент потребуется запутывание, поскольку оно обеспечивает путь к предельной точности, допускаемой квантовой теорией».

Профессор Дэвид Лукас, чья команда в Оксфорде отвечала за эксперимент, сказал: «Наш эксперимент показывает важность квантовых сетей для метрологии с приложениями к фундаментальной физике, а также к более известным областям квантовой криптографии и квантовых вычислений."