Ученые создали первое в истории квантовое радио

Группа ученых из Делфтского технического университета разработали совершенно новую квантовую схему, чтобы иметь возможность прослушивать самые слабые радиосигналы, которые только допускаются в квантовой механике. Новое изобретение открывает ученым возможность в будущем применять эту технологию в таких областях, как радиоастрономия и медицина. Это также позволяет ученым выяснить, как взаимодействуют между собой квантовая механика и гравитация. Результаты были опубликованы в журнале Science.

Обычное решение для слабого радиосигнала состоит в том, чтобы найти более сильный сигнал, например, выбрав другую радиостанцию или переместившись на другую сторону комнаты. Однако что, если бы люди могли просто слушать более внимательно?

Слабые радиосигналы являются проблемой не только для людей, пытающихся найти свою любимую радиостанцию, но и для сканеров магнитно-резонансной томографии (МРТ) в больницах, а также для телескопов, которые ученые используют для наблюдения за космосом. В квантовом скачке в радиочастотном обнаружении исследователи из группы профессора Гэри Стила в Делфте продемонстрировали обнаружение фотонов или квантов энергии, самых слабых сигналов, допускаемых теорией квантовой механики.

Квантовые куски

Одно из странных предсказаний квантовой механики состоит в том, что энергия состоит из крошечных кусочков, называемых квантами. Что это значит?

«Скажем, я толкаю ребенка», — говорит ведущий исследователь Марио Гели. — В классической теории физики, если я хочу, чтобы ребенок двигался немного быстрее, я могу дать ему небольшой толчок, придав этим больше скорости и энергии. Квантовая механика говорит нечто иное: я могу только увеличить энергию ребенка — это так называемый квантовый шаг».

Для ребенка на качелях эти квантовые шаги настолько малы, что их невозможно заметить. До недавнего времени то же самое было верно для радиоволн. Тем не менее, исследовательская группа в Делфте разработала схему, которая может реально обнаруживать эти порции энергии в радиочастотных сигналах, открывая потенциал для восприятия радиоволн на квантовом уровне.

От квантового радио до квантовой гравитации — один шаг. Помимо приложений в квантовом зондировании, группа в Делфте заинтересована в том, чтобы вывести квантовую механику на следующий уровень. Хотя теория квантового электромагнетизма была разработана почти 100 лет назад, физики до сих пор озадачены тем, как вписать гравитацию в квантовую механику.

«Используя наше квантовое радио, мы хотим попытаться слушать и контролировать квантовые колебания тяжелых объектов и экспериментально исследовать, что происходит, когда вы смешиваете квантовую механику и гравитацию, — сказал Гели. — Такие эксперименты трудны, но в случае успеха мы проверим, сможем ли сделать квантовую суперпозицию самого пространства-времени, новую концепцию, которая проверит наше понимание как квантовой механики, так и общей теории относительности».