(Phys.org)—Quando si misurano effetti fisici molto piccoli, come la deviazione di un raggio di luce, l'atto stesso della misurazione può influenzare il risultato della misurazione. Ora in un nuovo studio, i fisici hanno dimostrato sperimentalmente che un metodo progettato per affrontare questo problema, chiamata misurazione basata sul valore debole, Potere, quando rafforzato da una tecnica recentemente proposta chiamata riciclo dell'energia, superano il limite di misurazione classico e offrono vantaggi significativi per effettuare misurazioni quantistiche ultra precise.

I ricercatori, guidato da Chuan-Feng Li e Guang-Can Guo presso l'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, hanno pubblicato un articolo sulla nuova dimostrazione in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

La metrologia basata sui valori deboli è stata proposta per la prima volta nel 1988 dai fisici Yakir Aharonov, Davide Alberto, e Lev Vaidman. In questo metodo, il dispositivo di misurazione è solo debolmente accoppiato al sistema quantistico da misurare, che riduce l'interferenza della misura sul sistema. La misurazione viene effettuata anche dopo che si è verificato l'effetto, una strategia chiamata postselezione.

Negli ultimi decenni, i ricercatori hanno scoperto che la metrologia basata sui valori deboli può migliorare la sensibilità di misurazione attraverso l'amplificazione del segnale durante la misurazione di una varietà di tipi di sistemi quantistici. Però, soffre di un compromesso, in quanto la postselezione che aiuta ad amplificare il segnale provoca anche la perdita della sonda, il che significa che sono disponibili meno fotoni per effettuare la misurazione. A causa della perdita della sonda, alcune ricerche recenti hanno suggerito che la precisione finale della metrologia basata su valori deboli non può superare il limite della metrologia classica, mettendo in discussione i vantaggi della metrologia basata sui valori deboli.

Il nuovo studio segna la prima volta che una misurazione basata su valori deboli ha superato il limite superiore classico. Il limite classico corrisponde al limite del rumore di sparo, che si basa sulla natura particellare della luce, dove fluttuazioni casuali causate da singoli fotoni interferiscono con la precisione della misurazione.

Per superare questo limite, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata riciclaggio di energia, quale, come suggerisce il nome, sfrutta appieno la sonda sprecata riciclandola. Gli scienziati hanno implementato la tecnica in un esperimento di deflessione del raggio riflettendo i fotoni non postselezionati (che altrimenti verrebbero scartati) da uno specchio, inviandoli nuovamente al dispositivo di misurazione. Utilizzando il riciclaggio di energia, il segnale viene amplificato come prima, ma la perdita della sonda è significativamente ridotta, ottenendo una precisione significativamente maggiore.

"Il nostro lavoro fornisce un nuovo tipo di metrologia ad alta precisione che non solo migliorerà notevolmente la sensibilità di misurazione (sfruttando la tecnica di amplificazione del valore debole), ma forniscono anche una maggiore precisione anche superando il classico limite di misurazione (grazie alla tecnica del power-recycling), "Li ha detto Phys.org . "Il nostro lavoro dimostra per la prima volta che la metrologia basata sui valori deboli può andare oltre la metrologia classica quando la sonda di misurazione viene utilizzata in modo efficiente".

I fisici si aspettano che la metrologia basata sui valori deboli riciclata dal potere possa essere utilizzata per misurare molti altri effetti fisici oltre alla deflessione del raggio.

"La metrologia basata sui valori deboli può essere impiegata nella misurazione di molti effetti fisici molto piccoli, come la deflessione del raggio, sfasamenti, variazioni di frequenza, sbalzi di temperatura, misure di velocità, e altri, e persino applicato per il rilevamento delle onde gravitazionali, " ha detto Li. "Quando combinato con la tecnica del riciclaggio di energia, la metrologia basata su valori deboli mostrerà una precisione di misurazione molto più elevata e un'applicazione più ampia nella misurazione."

I ricercatori si aspettano inoltre che la precisione della misurazione possa essere ulteriormente migliorata combinando il riciclaggio di energia con altre tecniche, come una strategia di riciclo degli impulsi multirimbalzo in cui riflessioni multiple migliorano la precisione della misurazione.

"La nostra ricerca futura si concentrerà sull'aumento della precisione di misurazione per raggiungere il limite di Heisenberg, " disse Li.

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