Ловим слабые толчки: квантовый трюк с прыгающей ловушкой экспресс
Стеклянная пылинка парит в луче лазера. Её толкают молекулы воздуха, фотоны, даже гравитация Земли — и по её дрожанию можно понять, что именно толкнуло. Но у любого измерения есть предел: собственный шум частицы мешает увидеть слабый сигнал. Квантовая механика ставит этот предел, но его можно обойти.
Авторы предлагают сжимать дрожание частицы — как сжимают воздушный шарик: в одном направлении он становится уже, в другом шире. Для этого ловушку, в которой висит частица, резко делают то жёстче, то мягче. Частица не успевает привыкнуть и начинает дрожать неравномерно: в одном измерении шум уменьшается, в другом растёт. Измеряя только «узкое» направление, можно поймать толчок в десять раз слабее обычного предела.
В реальном эксперименте с наночастицей в оптической ловушке мешает декогеренция — частица теряет квантовые свойства из-за столкновений с молекулами. Авторы учли это и показали: с нынешней техникой можно сжать шум на 10 децибел. Этого хватит, чтобы заметить удар одной молекулы газа или, возможно, след тёмной материи.
10 децибел сжатия шума — это как если бы шумный зал вдруг стал тише в десять раз по мощности, и шёпот стал слышен.
В сериале «Экспансия» сверхточные датчики ускорения на кораблях ловят даже дыхание экипажа — этот метод приближает такие приборы.