Учёные нашли способ повысить эффективность квантовых измерений

1 vladimir 2 aitham

Фото: соавторы исследования Владимир Томилин (1) и Айхам Ростом (2) - из личных архивов; Принцип квантовой метрологии с постселекцией (3).

Коллектив исследователей из ИАиЭ СО РАН, НГУ, Университета Латакии (Сирия) и IPM (Иран) разработал метод, который позволяет получать максимум информации из квантовых измерений и при этом в десятки тысяч раз сократить число повторных измерений без потери точности. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Research (Q1).

Квантовые измерения применяют, когда требуется предельно точно определить значение неизвестного физического параметра и заметить малейшие его изменения. На этих принципах работают, например, квантовые магнитометры, измеряющие малые магнитные поля, или квантовые навигационные приборы, фиксирующие ускорение и поворот. Эффективность работы таких устройств напрямую зависит от качества данных: чем больше полезной информации ученым удается извлечь за один замер, тем надежнее итоговая оценка. Однако квантовые частицы крайне “хрупки”: каждый контакт с измерительным прибором безвозвратно разрушает их исходное состояние, и для каждого замера нужно создавать новые частицы с нуля, повторяя один и тот же эксперимент множество раз.

Чтобы не перегружать измерительные приборы множеством замеров, используют постселекцию – фильтр, при котором из общего потока отбирают только самые информативные частицы, а остальные отбрасывают. Однако у постселекции до сих пор существовал серьезный недостаток: отсекая не полезную часть данных, исследователи неизбежно теряли и полезную информацию, из-за чего падала общая точность измерений.

Авторы работы нашли способ свести к нулю потери полезной информации. Они доказали, что фильтр отбора можно настроить так, чтобы дополнительный фазовый сдвиг в точности совпал с геометрической фазой Панчаратнама, которую частица естественным образом приобретает при взаимодействии с прибором. При таком совпадении полезная информация не исчезает, а число необходимых измерений сокращается в десятки тысяч раз.

«Главная ценность нашего метода – борьба с обстоятельствами, которые мешают проведению замеров: с неидеальностями приготовления квантовых состояний, с аппаратными шумами. Чем больше измерений проводишь, тем больше эти факторы влияют на результат. С новым методом – измерений будет в десятки тысяч раз меньше, а значит и мешающие факторы будут меньше влиять на результат. В рассмотренном нами примере в статье число необходимых измерений удалось сократить примерно в 40 тысяч раз. Кроме того, сокращая число измерений, мы экономим и достаточно много времени», – пояснил соавтор исследования, старший научный сотрудник ИАиЭ СО РАН, к.ф-м.н. Владимир Томилин.

Исследование выполнено в Институте автоматики и электрометрии СО РАН в рамках государственного задания (проект № 124041700105-5).

Расчеты ученых также показали, что эффект можно усилить, используя кудиты – многомерные квантовые системы, которые являются обобщением привычных кубитов. Если кубит может находиться в двух базовых состояниях, то кудит способен использовать большее число состояний. Увеличение размерности системы дает дополнительный выигрыш в объеме информации, получаемой за один удачный опыт.

В дальнейшем авторы планируют выяснить, для каких именно типов квантовых систем применим предложенный метод.

Авторы благодарят профессора Леонида Ильичёва за ценные обсуждения работы.

Источники:

Ученые нашли способ повысить эффективность квантовых измерений – Наука в Сибири (sbras.info), Новосибирск, 12 октября 2026.
Найден способ повысить эффективность квантовых измерений – ТАСС, Москва, 12 октября 2026.
Найден способ повысить эффективность квантовых измерений – Новости Mail.ru, Москва, 12 октября 2026.
Квантовый прорыв: измерения стали в 40 тысяч раз эффективнее – Государственные Вести (gosnews.ru), Москва, 12 октября 2026.