Квантовые гармонические осцилляторы представляют собой фундаментальные системы, описывающие колебательные процессы в свете, молекулярных структурах и даже единичных атомах. Манипуляция их состояниями играет критическую роль в прогрессе квантовых вычислений и технологий высокоточного зондирования. Одним из наиболее эффективных инструментов здесь выступает квантовое сжатие, позволяющее снизить неопределенность одной физической характеристики (к примеру, координаты) ценой роста неопределенности другой (импульса). Данная методика уже нашла свое применение в работе детекторов гравитационных волн, таких как LIGO.
До настоящего времени экспериментальная практика ограничивалась лишь стандартным сжатием. Исследователи на протяжении долгого времени пытались реализовать более изощренные режимы — «трисквизинг» и «квадсквизинг» (третий и четвертый порядки соответственно). Эти состояния открывают доступ к более значимым и тонким квантовым эффектам, однако их достижение ранее сдерживалось из-за крайней нестабильности и слабости проявления.
Команде ученых из Оксфордского университета удалось впервые продемонстрировать сквизинг четвертого порядка, используя одиночный ион и воздействуя на него парой синхронизированных высокоточных сил. В основе этой методики лежит принцип некоммутативности: в квантовой механике последовательность операций имеет решающее значение, и их одновременное применение порождает синергетический эффект, многократно превышающий совокупное влияние отдельных сил.
В ходе эксперимента исследователи получили возможность гибкого переключения между обычным сжатием, трисквизингом и квадсквизингом. Примечательно, что четвертый порядок был достигнут в 100 раз быстрее, чем это предсказывали традиционные теоретические модели. Столь впечатляющего результата удалось добиться за счет ювелирной калибровки фаз, частотных характеристик и интенсивности воздействия на ион.
Как отметила руководитель проекта Оана Бэзэван, данный прорыв — это не просто синтез нового квантового состояния, а демонстрация универсального метода проектирования взаимодействий, которые ранее оставались за гранью доступного. Это открывает перспективы для создания более точных квантовых симуляторов, разработки инновационных сенсоров и существенного ускорения прогресса в области квантовых вычислений.
Источник: iXBT
