I ricercatori della Griffith University hanno dimostrato una procedura per effettuare misurazioni precise della velocità, accelerazione, proprietà del materiale e persino onde gravitazionali possibili, avvicinandosi alla massima sensibilità consentita dalle leggi della fisica quantistica.

Pubblicato in Comunicazioni sulla natura , il lavoro ha visto il team Griffith, guidato dal professor Geoff Pryde, lavorare con i fotoni (singole particelle di luce) e usarli per misurare la distanza extra percorsa dal raggio di luce, rispetto al suo raggio di riferimento partner, mentre attraversava il campione da misurare, un cristallo sottile.

I ricercatori hanno combinato tre tecniche:entanglement (una sorta di connessione quantistica che può esistere tra i fotoni), passando i raggi avanti e indietro lungo il percorso di misurazione, e una tecnica di rilevamento appositamente progettata.

"Ogni volta che un fotone passa attraverso il campione, fa una specie di mini-misura. La misura totale è la combinazione di tutte queste mini-misure, " ha detto il dottor Sergei Slussarenko di Griffith, che ha curato l'esperimento. "Più volte passano i fotoni, più precisa diventa la misurazione.

"Il nostro schema servirà da modello per strumenti in grado di misurare i parametri fisici con una precisione letteralmente impossibile da ottenere con i comuni dispositivi di misurazione.

L'autore principale dell'articolo, il dott. Shakib Daryanoosh, ha affermato che questo metodo può essere utilizzato per studiare e misurare altri sistemi quantistici.

"Questi possono essere molto fragili, e ogni fotone sonda che gli inviamo lo disturberebbe. In questo caso, usare pochi fotoni ma nel modo più efficiente possibile è fondamentale e il nostro schema mostra come fare esattamente questo, " Egli ha detto.

Mentre una strategia consiste nell'usare il maggior numero possibile di fotoni, non è abbastanza per raggiungere le massime prestazioni. Per quello, è necessario estrarre anche la quantità massima di informazioni di misura per passaggio di fotoni, e questo è ciò che ha ottenuto l'esperimento Griffith, avvicinandosi molto di più al cosiddetto limite di precisione di Heisenberg di qualsiasi esperimento comparabile.

L'errore rimanente è dovuto all'imperfezione sperimentale, come lo schema ideato dal dottor Daryanoosh e dal professor Howard Wiseman, è in grado di raggiungere l'esatto limite di Heisenberg, in teoria.

"La cosa veramente bella di questa tecnica è che funziona anche quando non hai una buona ipotesi di partenza per la misurazione, " Il prof. Wiseman ha detto. "Il lavoro precedente si è concentrato principalmente sul caso in cui è possibile fare un'approssimazione di partenza molto buona, ma non sempre è possibile".

Sono necessari alcuni passaggi aggiuntivi prima che questa dimostrazione di prova di principio possa essere sfruttata al di fuori del laboratorio.

La produzione di fotoni entangled non è semplice con la tecnologia attuale, e questo significa che è ancora molto più facile usare molti fotoni in modo inefficiente, piuttosto che ogni insieme di fotoni entangled nel miglior modo possibile.

Però, secondo la squadra, le idee alla base di questo approccio possono trovare applicazioni immediate negli algoritmi di calcolo quantistico e nella ricerca nella scienza fondamentale.

Lo schema può infine essere esteso a un numero maggiore di fotoni entangled, dove la differenza del limite di Heisenberg rispetto al limite solitamente raggiungibile è più significativa.