Принцип неопределенности Гейзенберга под сомнением

Принцип неопределенности Гейзенберга был сформулирован в 1927 году физиком-теоретиком Вернером Гейзенбергом, и с тех пор является одним из краеугольных камней квантовой механики. Наиболее знакомая нам формулировка этого принципа гласит: любая попытка измерения положения частицы меняет ее скорость, следовательно, местонахождение и скорость не могут быть измерены одновременно с неограниченной точностью.

Но сейчас это утверждение поставлено под сомнение исследователями из Торонто. Они продемонстрировали способ, с помощью которого можно непосредственно измерить нарушения состояний и подтвердить, что Гейзенберг был слишком пессимистичен.

"Мы разработали аппарат для измерения свойства фотона - в частности, его поляризации. Затем мы определили, насколько сам фотон повлиял на аппарат, - говорит Ли Розема, ведущий автор исследования, опубликованного на этой неделе в Physical Review Letters. - Чтобы сделать это, нам надо было измерить фотон до взаимодействия с измерительным прибором, но само это измерение также нарушало состояние фотона".

Для того чтобы преодолеть это препятствие, Розема и его коллеги использовали метод, известный как "слабые измерения". В этом случае влияние измерительного прибора на частицу пренебрежимо мало. Прежде чем каждый фотон был направлен в основное измерительное устройство, исследователи измеряли его при помощи техники слабого измерения, а после измеряли повторно, сравнивая полученные результаты. Оказалось, что индуцированное возмущение меньше, чем гейзенберговское отношение точности к возмущению.

"Каждый фотонный выстрел давал нам совсем немного информации о возмущении, но многократно повторяя эксперимент, мы смогли получить очень точное представление о том, насколько менялось квантовое состояние фотонов", - говорит Розена.

Считается, что принцип неопределенности Гейзенберга относится к внутренней неопределенности квантовой системы и к ее измерениям. Полученные результаты показывают, что это не так, и демонстрируют степень точности, которую можно получить, задействовав слабые измерения. Это заставит ученых подкорректировать взгляды на ограничения измерений в квантовой механике. Эти ограничения играют важную роль для квантовой механики в целом и для развития технологий квантовой криптографии, опирающейся на принцип неопределенности. Этот принцип гарантирует, что любой перехват будет обнаружен благодаря нарушению, вызванному измерениями.