Jedan od kamena temeljaca kvantne teorije je osnovni limit preciznosti kojim mi možemo poznavati određene parove fizičkih kvantiteta, kao što su preciznost i impuls. U kvantnoj teoriji ovaj princip neodređenosti  ulazi u termin Hajzenbergov limit, koji dozvoljava fizičkim karakteristikama koje nemaju odgovarajuću opservablu u formulaciji kvantne mehanike, kao što su energija i vrijeme ili faza posmatrana u interferometrijskim mjerenjima. Sada, saradnja naučnika u Poljskoj i Australiji  je dokazala da Hajzenbergov limit, uobičajeno definisan, nije operativno značajan, i razlikuje se od tačnog limita za faktor .

“Hajzenbergov limit može se posmatrati kao prerađena varijanta relacije neodređenosti, koja je prilagođena za potrebe teorije kvantne procjene i kvantne metrologije,” objašnjava Vojceh Gurecki (Wojciech Górecki), vodeći autor novina “ Pregled fizičkih pisama” (Physics Review Letters), zajedno sa Rafalom Demikovicom,   Havardom Vajzmenom i Dominikom Berijem (Rafał Demkowicz-Dobrzański, Howard Wiseman and Dominic Berry). Kvantna metrologija iskorišćava kvantne efekte kao što su zaplitanje za visoku rezoluciju, veoma osjetljiva mjerenja i kao što Gurecki ukazuje, Hajzenbergov limit obično iskrsava u ovom polju kada radimo sa stanjima koja čine više potencijalnih sondi zaplitanja. “Ovdje, Hajzenbergov limit ukazuje na kvalitativno poboljšanje osjetljivosti u odnosu na sheme mjerenja koja ne koriste ovo zaplitanje. ”

Hajzenbergov princip neodređenosti datira nazad do Hajzenbergovog rada u Kopenhagenu iz 1927. iako radikalan kada se pojavio, sada je ukorijenjen u  literaturi i istraživanjima baziranim na kvantoj teoriji.  Jednako ukorijenjena je i pretpostavka da se granice dobijene iz niti kvantne teorije informacija- kvantna Fišer informacija- mogu uzeti kao stvarni limiti.

              Od matematički interesantnog do operativno značajnog

Da bismo razumjeli kako su Gurecki i kolege došli do popravke Hajzenbergovog limita: zamislite sondu koja mjeri neki sistem da bi odredila neki fizički relevantni kvantitet. Vrijednost te količine nije poznata prije mjerenja, i ovo je formulisano tako što smo dodijelili neku distribuciju vjerovatnoće toj vrijednosti. Hajzenbergov limit koji je do sada bio korišćen se bazirao na frekventnosti, gdje samo ponavljajući nasumični događaji posjeduju neku vjerovatnoću definicija koja isključuje hipoteze i fiksne nepoznate vrijednosti. Kao rezultat koristeći ovo za fiksne nepoznate fizičke količine, napravljena je pretpostavka da mjerenja  tačna za infitezimalnu malu okolinu tačne vrijednosti mjerene količine. Pretpostavka se ispostavila nedovoljnom.

Da bi redefinisao limit, Gurecki i kolege su prihvatilli  Bajezianov pristup, koji prihvata pojam gdje vjerovatnoće predstavljaju neodređenost u svakom događaju  ili hipotezi i dodjeljuje datu raspodjelu vjerovatnoće  koja je poznata a priori, koja opisuje fizičku veličinu koju ispitujemo. “Bajezianov pristup koji ovdje koristimo je često tretiran kao interesantan ali vještački pritup jer je zahtijevao donekle proizvoljan izbor na početku,” kazuje Gurecki. U njihovom izvještaju, istraživači su uspjeli u demonstriranju generalne značajnosti ovog pristupa.

Kada je pretpostavljena fiksna vrijednost  parametra,  ne-nasumična procjena parametra, put koji Bajezianov pristup prati može dovesti do prije definisanog Hajzenbergovog limita. Međutim, Gurecki i kolege su prepravili model da bi uključili činjenicu da vrijednost parametra nije poznata prije mjerenja. Mjerenja moraju funkcionisati na fiksnoj regiji, davajući toj regiji ravan prior (a flat prior). Ovako, generalnost nije izgubljena prihvatajući Bajezianov pristup. Takođe su uspjeli da isključe neke nefizičke funkcije kao što je Dirakova delta funkcija, što može dovesti do velikih preciznosti.

Pređašnji rad je takođe došao do aditivnog faktora  u Hajzenbergovom limitu, ali nije je bio ograničen Gausovom raspodjelom i nije dozvoljavao adaptivne pristupe koji dostižu velike preciznosti rezultata kroz izmjerene vrijednosti. Pošto su dokazali nužnost proizvoljnog ali konačnog priora, Gurecki i kolege su onda mogli da zaobiđu  ostale poteškoće na njihovom putu ka finalnom generalno primjenjivom rezultatu.

Budući uticaj

Hajzenbergov limit je relevantan za bešumne sisteme, koji su rijetki. Kao rezultat, jednostavnost korišćenja kvantne Fišer informacije da bi se odredile granice u standardnom frekvencionalnom pristupu nadvladao je manjak opravdanosti za nepromišljeno uzimanje ove granice za pravi limit, većina mjerenja ionako nikad nije prišla ovom limitu.

“Naš rad nije surov kriticizam frenvencionalnog pristupa, ono je i dalje veoma moćan matematički alat koji i mi često koristimo,” Gurecki ukazuje. “Međutim, moramo uzeti u obzir njegova ograničenja.”

Kao i fundametalni uticaj u kvantnoj teoriji, ovi rezultati mogu uticati i na neke oblasti u praktičnoj metrologiji. U modelu frekvencionalne procjene za procjenu frekvencije atomske tranzicije i u magnetometrijji azot-sustituisanih centara u dijamantima, sistem je ispitivan određeno vrijeme umjesto brojevima fotona. “U ovim postavkama, nije nemoguće zamisliti  da šum u takvim sistemima može biti dovolnjo mali, ili se efikasno može ukloniti upotrebom kvantih protokola inspirisanih popravkom grešaka, tako da stvarno skaliranje preciznosti  sa totalnim vremenom mjerenja može na značajno dugom vremenu, ali ne predugom, manifestovati Hajzenbergov limit,” kaže Gurecki. Sa trenutnim interesovanjem u kvantnim metrologijskim protokolima popravljanja grešaka koji dozvoljavaju procjenu sa skaliranjem , rezultati dati ovdje se mogu pokazati naročito blagovremeni.  

https://naucnenovosti.me/wp-content/uploads/2020/02/heisenbergli.jpghttps://naucnenovosti.me/wp-content/uploads/2020/02/heisenbergli-150x150.jpgadminFizikaNovostiJedan od kamena temeljaca kvantne teorije je osnovni limit preciznosti kojim mi možemo poznavati određene parove fizičkih kvantiteta, kao što su preciznost i impuls. U kvantnoj teoriji ovaj princip neodređenosti  ulazi u termin Hajzenbergov limit, koji dozvoljava fizičkim karakteristikama koje nemaju odgovarajuću opservablu u formulaciji kvantne mehanike, kao što...Naučne Novosti