Криста Флюхманн и ее коллеги из группы Джонатана Хоума из отдела физики ETH Zurich теперь исследовали использование таких «модульных» измерений положения и импульса для изучения динамического поведения механического осциллятора, состоящего из одного захваченного иона. Как они сообщают в статье, опубликованной сегодня в журнале Physical Review X, они использовали последовательности нескольких периодических измерений положения и импульса, чтобы продемонстрировать, что изменение периода определяет, нарушает ли одно измерение состояние следующего.
Они обнаружили, что при определенных значениях периода такие измерения могут избежать помех, в то время как другие варианты выбора вызывают сильные помехи. Наблюдение возмущений является признаком того, что отдельный ион демонстрирует квантово-механическое поведение — для классического осциллятора ожидается, что модульные измерения всегда будут невозмущенными.Возможность настраивать степень возмущения между последующими измерениями открывает возможность выполнять фундаментальные тесты квантовой механики.
Квантовая механика может отличаться от классической физики не только рассмотрением причинно-следственных связей (насколько одно измерение нарушает другое), но и рассмотрением корреляций между измерениями. Fluehmann et al. исследовать последнее, измеряя временные корреляторы между последовательными измерениями, и использовать их для нарушения так называемого неравенства Леггетта-Гарга (что также по своей сути невозможно с чисто классической системой).
В этом случае некоторые нарушения нельзя объяснить срывом между последующими измерениями. Связь между возмущением и нарушением неравенства Леггетта-Гарга тонка, но любой метод удостоверяет квантовую природу создаваемых состояний осциллятора. Действительно, эти состояния являются одними из самых сложных состояний квантового осциллятора, созданных на сегодняшний день. Они обобщают знаменитый эксперимент Шредингера с кошачьим мышлением на восемь различных мезоскопических состояний, аналогично тому, как кошка находится на разных стадиях болезни, а не просто мертва или жива.
С точки зрения практического применения, модульное измерение положения и импульса является центральным компонентом ряда предложений по квантовым вычислениям и протоколам точных измерений, которые используют периодические функции положения и импульса, чтобы избежать принципа неопределенности Гейзенберга. Работа Флюеманн и ее сотрудников обеспечивает фундаментальный компонент — измерение — для таких приложений, делая их более доступными.