(Phys.org) - Ao medir efeitos físicos muito pequenos, como a deflexão de um feixe de luz, o próprio ato de medir pode afetar o resultado da medição. Agora em um novo estudo, físicos demonstraram experimentalmente que um método projetado para resolver este problema, chamada de medição baseada em valor fraco, posso, quando fortalecido por uma técnica proposta recentemente chamada reciclagem de energia, ultrapassar o limite de medição clássico e oferecer vantagens significativas para fazer medições quânticas ultraprecisas.

Os pesquisadores, liderado por Chuan-Feng Li e Guang-Can Guo na Universidade de Ciência e Tecnologia da China, publicaram um artigo sobre a nova demonstração em uma edição recente da Cartas de revisão física .

A metrologia baseada em valores fracos foi proposta pela primeira vez em 1988 pelos físicos Yakir Aharonov, David Albert, e Lev Vaidman. Neste método, o dispositivo de medição é apenas fracamente acoplado ao sistema quântico a ser medido, o que reduz a interferência da medição no sistema. A medição também é feita após o efeito ocorrer, uma estratégia chamada pós-seleção.

Nas ultimas decadas, pesquisadores descobriram que a metrologia baseada em valores fracos pode melhorar a sensibilidade da medição por meio da amplificação do sinal ao medir uma variedade de tipos de sistemas quânticos. Contudo, sofre de uma troca, em que a pós-seleção que ajuda a amplificar o sinal também causa perda de sonda, o que significa que menos fótons estão disponíveis para fazer a medição. Devido à perda da sonda, algumas pesquisas recentes sugeriram que a precisão final da metrologia baseada em valores fracos não pode exceder o limite da metrologia clássica, questionando as vantagens da metrologia baseada em valores fracos.

O novo estudo marca a primeira vez que uma medição baseada em valores fracos ultrapassou o limite clássico superior. O limite clássico corresponde ao limite de ruído de tiro, que se baseia na natureza da partícula de luz, onde flutuações aleatórias causadas por fótons individuais interferem na precisão da medição.

Para superar esse limite, os pesquisadores usaram uma técnica chamada reciclagem de energia, que, como o nome sugere, faz uso total da sonda desperdiçada, reciclando-a. Os cientistas implementaram a técnica em um experimento de deflexão de feixe refletindo os fótons não selecionados (que de outra forma seriam descartados) em um espelho, enviando-os de volta para o dispositivo de medição. Usando a reciclagem de energia, o sinal é amplificado como antes, mas a perda da sonda é significativamente reduzida, resultando em uma precisão significativamente maior.

"Nosso trabalho fornece um novo tipo de metrologia de alta precisão que não só aumentará muito a sensibilidade da medição (aproveitando a técnica de amplificação de valor fraco), mas também fornecem maior precisão, mesmo ultrapassando o limite de medição clássico (devido à técnica de reciclagem de energia), "Li disse Phys.org . "Nosso trabalho pela primeira vez demonstra que a metrologia baseada em valores fracos pode ir além da metrologia clássica quando a sonda de medição é utilizada de forma eficiente."

Os físicos esperam que a metrologia baseada em valores fracos com reciclagem de energia possa ser usada para medir muitos outros efeitos físicos além da deflexão do feixe.

"A metrologia baseada em valores fracos pode ser empregada na medição de muitos efeitos físicos muito pequenos, como a deflexão do feixe, mudanças de fase, mudanças de frequência, mudanças de temperatura, medições de velocidade, e outros, e até mesmo aplicado para detecção de ondas gravitacionais, "Li disse." Quando combinado com a técnica de reciclagem de energia, a metrologia baseada em valores fracos mostrará uma precisão de medição muito maior e uma aplicação mais extensa na medição. "

Os pesquisadores também esperam que a precisão da medição possa ser melhorada ainda mais combinando a reciclagem de energia com outras técnicas, como uma estratégia de reciclagem de pulso multibounce em que várias reflexões aumentam a precisão da medição.

"Nossa pesquisa futura se concentrará em aumentar a precisão da medição para atingir o limite de Heisenberg, "Li disse.

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