A luz é conhecida por ter uma série de propriedades fundamentais, incluindo cor, brilho, e direção, a maioria dos quais são imediatamente aparentes e podem ser observados a olho nu. Existem agora vários instrumentos para detectar e medir essas propriedades, como contadores de fótons, detectores frequentemente usados ​​em pesquisas que medem o brilho contando os quanta individuais de luz. Crucialmente, alguns dispositivos existentes também podem medir essas propriedades no chamado limite quântico, que é uma barreira fundamental para a precisão de uma medição.

Uma propriedade da luz que até agora provou ser bastante elusiva e difícil de medir no limite quântico é a fase de uma onda de luz. Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Berkeley implementaram recentemente uma proposta apresentada há 25 anos por um de seus colaboradores que delineou uma forma possível de realizar medições ideais desta propriedade, também conhecido como medições de fase canônicas. Em um artigo publicado em Física da Natureza , eles aplicam um método confiável para implementar medições de fase canônicas utilizando feedback quântico, que supera todas as técnicas propostas anteriormente.

"Fase e potência obedecem a uma versão do princípio da incerteza de Heisenberg, assim como a posição e o momento, "Leigh Martin, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse a Phys.org. "Quanto mais você sabe sobre um, menos você sabe sobre o outro. Uma propriedade bizarra de uma medição de fase canônica é que ela é completamente alheia ao poder. Em teoria, não pode dizer a diferença entre uma luz cegante e escuridão completa, mas pode determinar de forma otimizada a fase do campo de luz de entrada. "

A técnica usada pelos pesquisadores mede a fase de uma onda de luz no limite quântico por não medir a potência da onda de luz. Para se abster de medir o poder, os pesquisadores sincronizaram seu detector com o campo elétrico de entrada de uma onda de luz, que oscila para cima e para baixo. A altura da onda na qual esse campo oscila determina, em última instância, a potência de um feixe de luz.

"Se você só ligar o detector quando a onda estiver entre 'para cima' e 'para baixo, 'então o campo naquele momento é zero, independentemente do poder geral, "Martin explicou." O problema é que você não sabe o momento em que isso acontece, a menos que já conheça a fase para começar. Portanto, adaptamos continuamente o tempo de nosso detector conforme o sinal chega - essencialmente mudando o tempo durante a chegada de um único fóton. "

Os pesquisadores avaliaram a eficácia do novo sistema que criaram e descobriram que ele poderia coletar com sucesso medições de disparo único em um pacote de onda de um fóton. Além disso, sua técnica excedeu o padrão atual para detecção heteródina.

"Para mim, este projeto mostra o quanto podemos aprender e melhorar as medições usando efeitos quânticos, "Martin disse." Neste estudo especificamente, usamos um exemplo de um fenômeno muito geral, que é que se você mudar sua base de medição durante uma medição quântica, você pode medir uma classe muito maior de observáveis ​​do que aquela que começou sendo capaz de medir. "

No futuro, a nova técnica de medição pode ser usada para realizar pesquisas que envolvam a detecção e o aproveitamento da fase das ondas de luz no limite quântico. Em seu trabalho futuro, Martin e seus colegas também planejam explorar métodos de medição alternativos que exploram as fortes não linearidades em circuitos supercondutores, uma classe de circuitos altamente eficientes com resistência elétrica zero.

"As pessoas estão muito entusiasmadas com as plataformas de informação quântica, como circuitos supercondutores para computação quântica, mas há muitas coisas que os tornam realmente especiais para fazer ciência de medição também, como fortes não linearidades de fótons e medidas adaptativas, "Martin disse." Espero continuar expandindo os limites da medição quântica em circuitos supercondutores e também no sistema com o qual trabalho agora, centros de vacância de nitrogênio em diamante. "

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