Левитирующая пылинка в лазерной ловушке — идеальный маятник для измерения гравитации. Она висит в вакууме, не касаясь стенок, и её движение зависит только от внешних сил. В новой работе предложили усовершенствованный датчик: механический «сжатый» кубит на основе нелинейного осциллятора. Так называют систему, где возвращающая сила растёт непропорционально смещению — как если бы пружина становилась жёстче при сильном растяжении.
Главная хитрость — в особом режиме раскачки. На частицу действуют двумя лазерными импульсами, сдвинутыми по частоте. Это похоже на то, как если бы качели подталкивали не просто в такт, а ещё и сжимали само движение: размах в одном направлении становится больше, в другом — меньше. Такой «сжатый» маятник гораздо сильнее реагирует на слабый гравитационный толчок. При этом чувствительность растёт с массой частицы — чем тяжелее пылинка, тем заметнее её сдвиг.
Плата за усиление — шум. Обычное трение о молекулы остаточного газа (механическое затухание) в сжатом состоянии превращается в анизотропный шум: он по-разному портит две составляющие колебаний. Это как если бы микрофон с направленной чувствительностью делал голос громче, но и уличный гул подмешивал неравномерно. Авторы нашли баланс между выигрышем в сигнале и проигрышем в декогеренции, что открывает путь к реальным квантовым гравиметрам на левитирующих частицах.
Левитирующие частицы уже используют в детекторах тёмной материи: если тёмная частица столкнётся с пылинкой, та дёрнется, и этот рывок можно заметить.
В романе «Солярис» Станислава Лема океан планеты чутко реагирует на гравитационные возмущения — почти как живой гравиметр.