(Phys.org)—Lors de la mesure de très petits effets physiques, comme la déviation d'un faisceau lumineux, l'acte même de mesurer peut affecter le résultat de la mesure. Maintenant dans une nouvelle étude, les physiciens ont démontré expérimentalement qu'une méthode conçue pour résoudre ce problème, appelée mesure basée sur les valeurs faibles, pouvez, lorsqu'il est renforcé par une technique récemment proposée appelée recyclage d'énergie, dépassent la limite de mesure classique et offrent des avantages significatifs pour effectuer des mesures quantiques ultra-précises.

Les chercheurs, dirigé par Chuan-Feng Li et Guang-Can Guo à l'Université des sciences et technologies de Chine, ont publié un article sur la nouvelle manifestation dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .

La métrologie basée sur les valeurs faibles a été proposée pour la première fois en 1988 par les physiciens Yakir Aharonov, David Albert, et Lev Vaidman. Dans cette méthode, le dispositif de mesure n'est que faiblement couplé au système quantique à mesurer, ce qui réduit l'interférence de la mesure sur le système. La mesure est également effectuée après l'apparition de l'effet, une stratégie appelée post-sélection.

Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont découvert que la métrologie basée sur les valeurs faibles peut améliorer la sensibilité des mesures grâce à l'amplification du signal lors de la mesure de divers types de systèmes quantiques. Cependant, il souffre d'un compromis, en ce que la post-sélection qui permet d'amplifier le signal provoque également une perte de sonde, ce qui signifie que moins de photons sont disponibles pour effectuer la mesure. En raison de la perte de la sonde, certaines recherches récentes ont suggéré que la précision ultime de la métrologie basée sur les valeurs faibles ne peut pas dépasser la limite de la métrologie classique, remettre en cause les avantages de la métrologie à faibles valeurs.

La nouvelle étude marque la première fois qu'une mesure basée sur des valeurs faibles dépasse la limite classique supérieure. La limite classique correspond à la limite du bruit de grenaille, qui est basé sur la nature particulaire de la lumière, où les fluctuations aléatoires causées par des photons individuels interfèrent avec la précision de la mesure.

Pour dépasser cette limite, les chercheurs ont utilisé une technique appelée recyclage d'énergie, lequel, comme son nom l'indique, utilise pleinement la sonde gaspillée en la recyclant. Les scientifiques ont mis en œuvre la technique dans une expérience de déviation de faisceau en réfléchissant les photons non post-sélectionnés (qui seraient autrement rejetés) sur un miroir, les renvoyer dans l'appareil de mesure. En utilisant le recyclage d'énergie, le signal est amplifié comme précédemment, mais la perte de sonde est considérablement réduite, résultant en une précision nettement plus élevée.

"Notre travail fournit un nouveau type de métrologie de haute précision qui permettra non seulement d'améliorer considérablement la sensibilité de la mesure (en tirant parti de la technique d'amplification des faibles valeurs), mais aussi fournir une plus grande précision dépassant même la limite de mesure classique (grâce à la technique de recyclage d'énergie), " Li a dit Phys.org . "Nos travaux démontrent pour la première fois que la métrologie basée sur les valeurs faibles peut aller au-delà de la métrologie classique lorsque la sonde de mesure est utilisée efficacement."

Les physiciens s'attendent à ce que la métrologie à faible valeur énergétique recyclée puisse être utilisée pour mesurer de nombreux autres effets physiques en plus de la déviation du faisceau.

« La métrologie basée sur les valeurs faibles peut être utilisée pour mesurer de nombreux effets physiques très faibles, comme la déviation du faisceau, déphasages, décalages de fréquence, changements de température, mesures de vitesse, et d'autres, et même appliqué pour la détection des ondes gravitationnelles, " a dit Li. " Lorsqu'il est combiné avec la technique de recyclage de l'énergie, la métrologie basée sur les valeurs faibles montrera une précision de mesure beaucoup plus élevée et une application plus étendue dans la mesure. »

Les chercheurs s'attendent également à ce que la précision de la mesure puisse être encore améliorée en combinant le recyclage de l'énergie avec d'autres techniques, comme une stratégie de recyclage d'impulsions à rebonds multiples dans laquelle des réflexions multiples améliorent la précision de la mesure.

"Nos recherches futures se concentreront sur l'augmentation de la précision de mesure pour atteindre la limite Heisenberg, " dit Li.

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