Впервые достигнуто квантовое сжатие наночастицы

Наночастица из стекла (белая точка в центре фото) удерживается в оптическом потенциале, созданном сфокусированным лазерным лучом. Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.ady4652

Исследователи из Токийского университета — Мицуюши Камба, Наоки Хара и Киётака Айкава — впервые продемонстрировали квантовое сжатие движения наночастицы, достигнув неопределенности меньше, чем квантовомеханические флуктуации.

Это достижение открывает новые возможности для фундаментальных исследований в физике и практических приложений, включая точное автономное вождение и навигацию без GPS-сигнала. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

Квантовое сжатие — это создание квантовомеханического состояния, неопределенность которого меньше нулевых колебаний. Точные измерения на квантовом пределе важны как для понимания природы, так и для разработки технологий следующего поколения.

Экспериментальная последовательность для наблюдения квантового сжатия левитирующей наночастицы. Автор: Science (2025). DOI: 10.1126/science.ady4652

Ученые использовали наночастицу из стекла, левитирующую в вакууме, и охладили ее до минимально возможного энергетического уровня. После оптимизации потенциала удержания частицу выпускали для кратковременного свободного полета, измеряя ее скорость.

«Когда время до выпуска оптимально, распределение скорости становится уже, чем неопределенность скорости на最低шем энергетическом уровне — это и есть признак квантового сжатия», — объясняет Айкава.

Эксперимент занял несколько лет из-за технических сложностей. Левитация сама по себе создавала фундаментальные проблемы, но исследователи преодолели их.

«Мы были удивлены, насколько чувствительна левитирующая наночастица к флуктуациям окружающей среды. Эта изолированная система станет идеальной платформой для изучения перехода между квантовой и классической механикой», — добавил Айкава.

Достижение японских ученых может привести к созданию новых квантовых устройств и повышению точности измерений в различных технологиях.