Опит за предефиниране на границата на Хайзенберг

Изследователи в Полша и Австралия си сътрудничат в ново изследване, предефиниращо границата на Хайзенберг. В квантовата метрология и по-специално интерферометрията, границата на Хайзенберг е оптималната скорост, с която точността на едно измерване може да се мащабира с енергията, използвана при измерването.

Обикновено това е измерването на фаза (приложена към едното рамо на разделител на лъча), а енергията се дава от броя фотони, използвани в интерферометър. Това малко разбрано число се опитва да определи количествено как квантовите системи и явления се измерват физически, защото числата се влияят от наличието на самите средства за измерване. Това влияние е границата на Хайзенберг, но учените все още се надяват на твърд начин да я изчислят и определят.

В документ от 2012 г. във „Физически преглед А“ учените пишат: „За последните 20 години въпросът за основните възможности на квантовите прецизни измервания предизвика оживен дебат в цялата научна общност.“ Всъщност дори и тогава, изследователите твърдят, че има окончателен показател.

„Това води до окончателното формулиране на границата на Хайзенберг за квантовата метрология.“

Метрологията е изследване на мерките, думата има същият корен като метър или метричен. В повечето области „измерването“ не изглежда да изисква собствената му специална област на изследване, въпреки че така наречените нови килограми (това е квантова мярка) и други подобни показват, че измерването е човешко, но още по-съвършено е повторното измерване.

В области като квантовата физика явленията, които се измерват, са толкова микроскопични, че учените е трябвало да измислят не само нови начини за измерване, но и начини, чрез които да измерват изкривяването на измерването. За всеки нов инструмент или процедура за съответната област като интерферометрията например, съществува „класически“ начин за измерване и друг, по-нов, квантов.

Квантовите системи или имат квантов шум (вид количествено определена несигурност), или са „безшумни“, и тук идва границата на Хайзенберг. Общоприетата граница на Хайзенберг се основава на честотен подход към вероятността, но тези учени въведоха нов лимит, основан на конкурентния Байесов подход, който според тях е по-ефективен при безшумни системи.

Байесовият подход е метод на статистически изводи, при който теоремата на Байес се използва за актуализиране на вероятността за хипотеза, тъй като има повече доказателства или информация. Байесовият извод е важна техника в статистиката и особено в математическата статистика.

Водещият автор Войчех Горецки посочи, че работата на екипа му не е предназначена да подпомага предишни работни модели за границата на Хайзенберг. Предишният начин беше по-лесен за използване и разграничението между двата подхода дори не беше от значение за видовете изследвания, които учените правят.

По някакъв начин разликата между честотния модел и новия модел на екипа на Горецки олицетворява напредъка, постигнат в квантовата теория през последните години. Честотния подход изключва неизвестни неща, които отговарят на определени критерии, а новият Байесов подход означава, че изследователите могат да прецизират измерването, използвайки информацията, която вече имат. Тъй като измерванията от всякакъв вид се подобряват и обемът от изследвания нараства, броят на известните количества може само да се увеличи, което ще прави бъдещите измервания по-фини и точни.