Фізики запропонували точний спосіб вимірювання квантових властивостей об’єктів

Команда дослідників зі Stevens Insti­tute of Tech­nol­o­gy розробила новий підхід до квантової візуалізації, який використовує як “хвильові”, так і “корпускулярні” властивості квантових об’єктів. В основі дослідження — точна математична формула, що описує співвідношення між цими двома аспектами хвильово-частинкової дуальності, яка є фундаментом квантової механіки.

Протягом десятиліть науковці намагалися кількісно оцінити “хвильовість” і “частинковість” квантових об’єктів, але попередні моделі обмежувалися лише нерівностями — коли сума цих характеристик не перевищує одиницю. Нова робота, яку очолював доцент фізики Сяофен Цянь, вперше пропонує повноцінну систему для точного вимірювання обох властивостей на квантовому рівні.

Головною інновацією стала поява змінної “когерентності”, що фактично є прихованою ознакою потенціалу для інтерференції — ключового прояву хвильової природи. Коли враховувати цю когерентність разом із видимістю інтерференції (мірою хвильовості) та передбачуваністю (мірою частинковості), загальна сума дорівнює точно одиниці. Таким чином, науковці отримали інструмент для розрахунку цих властивостей із високою точністю.

Ця формула дозволила команді застосувати її до новітньої технології — квантової візуалізації з недетектованими фотонами (QIUP). В експерименті одну пару переплутаних фотонів направляли через апертуру. Якщо фотон проходив безперешкодно, рівень когерентності залишався високим, якщо стикався зі стінкою — знижувався. Аналізуючи “хвильовість” і “частинковість” іншого фотона, вдавалося відновити форму об’єкта, не взаємодіючи з ним напряму.

Важливо, що нова методика залишається працездатною навіть у присутності зовнішніх факторів, які погіршують когерентність, — наприклад, підвищеної температури чи вібрацій. Це відкриває перспективи для застосування у квантовій інформації, обчисленнях та інших сферах, де точність і стійкість до шуму мають критичне значення.

Дослідники вважають, що отримані результати є лише початком у глибшому розумінні квантової дуальності та її використанні в складніших багатоканальних квантових системах.