Создание сверхчувствительных датчиков для фотометрии — измерения характеристик света и спектроскопии — анализа спектрального состава излучения начинается с микроскопических резонаторов — оптических камер, где свет многократно переотражается, подобно эху в глубоком колодце. Долгое время инженеры стремились максимизировать добротность — параметр, характеризующий длительность этого «эха»: чем дольше свет циркулирует внутри, тем легче заметить малейшие изменения в системе.
Однако фундаментальные принципы квантовой механики, сформулированные через соотношения неопределённостей Гейзенберга, подсказывают альтернативную стратегию. Предельная точность ограничена не временем жизни фотонов в резонаторе, а крутизной фазового отклика — то есть тем, насколько резко изменяется фаза волны (положение её гребня относительно стенки камеры) при смещении внешних параметров. Иными словами, критически важно детектировать не амплитуду сигнала, а тончайшие сдвиги ритма колебаний.
Экспериментальную проверку этой идеи провели с помощью интерферометра Майкельсона — классического прибора, который расщепляет свет на два луча, движущихся с фундаментальной скоростью света в вакууме, а затем сводит их для анализа интерференционной картины. Оказалось, что оптимальный режим работы достигается не в максимуме резонанса, а в точке, где «эхо» почти затухло, но фаза наиболее остро реагирует на внешние возмущения.
Датчик на основе фазового сдвига способен заметить, как на него садится одна бактерия — настолько он чувствителен к малейшим изменениям.