(Phys.org) - När man mäter mycket små fysiska effekter, såsom avböjning av en ljusstråle, själva mätningen kan påverka mätresultatet. Nu i en ny studie, fysiker har experimentellt visat att en metod utformad för att ta itu med detta problem, kallad svagvärdesbaserad mätning, burk, när den förstärks av en nyligen föreslagen teknik som kallas kraftåtervinning, överträffar den klassiska mätgränsen och erbjuder betydande fördelar för att göra extremt exakta kvantmätningar.

Forskarna, ledd av Chuan-Feng Li och Guang-Can Guo vid University of Science and Technology of China, har publicerat ett papper om den nya demonstrationen i ett nyligen utgåva av Fysiska granskningsbrev .

Svag värdebaserad metrologi föreslogs först 1988 av fysikerna Yakir Aharonov, David Albert, och Lev Vaidman. I denna metod, mätanordningen är endast svagt kopplad till det kvantsystem som ska mätas, vilket minskar störningen av mätningen på systemet. Mätningen görs också efter att effekten inträffat, en strategi som kallas postselection.

Under de senaste decennierna har forskare har funnit att svagt värdebaserad metrologi kan förbättra mätkänsligheten genom signalförstärkning vid mätning av olika typer av kvantsystem. Dock, det lider av en avvägning, genom att eftervalet som hjälper till att förstärka signalen också orsakar sondförlust, vilket betyder att färre fotoner är tillgängliga för att göra mätningen. På grund av sondförlust, en del ny forskning har föreslagit att den ultimata precisionen för svagt värdebaserad metrologi inte kan överskrida den klassiska metrologiska gränsen, ifrågasätter fördelarna med svagt värdebaserad metrologi.

Den nya studien markerar första gången som ett svagt värdebaserat mått har överskridit den övre klassiska gränsen. Den klassiska gränsen motsvarar gränsen för skottbrus, som är baserad på ljusets partikelkaraktär, där slumpmässiga fluktuationer orsakade av enskilda fotoner stör mätprecisionen.

För att övervinna denna gräns, forskarna använde en teknik som kallas kraftåtervinning, som, som namnet antyder, utnyttjar den bortkastade sonden fullt ut genom att återvinna den. Forskarna implementerade tekniken i ett strålavböjningsexperiment genom att reflektera de ovalade fotonerna (som annars skulle kasseras) från en spegel, skicka tillbaka dem till mätanordningen. Med hjälp av kraftåtervinning, signalen förstärks som tidigare, men sondförlust minskas avsevärt, vilket ger en betydligt högre precision.

"Vårt arbete tillhandahåller en ny typ av högprecisionsmetrologi som inte bara kommer att kraftigt förbättra mätkänsligheten (dra nytta av den svaga värdet-förstärkningstekniken), men ger också högre precision, även om den överskrider den klassiska mätgränsen (på grund av teknik för återvinning), "Berättade Li Phys.org . "Vårt arbete visar för första gången att svagt värdebaserad metrologi kan gå utöver klassisk metrologi när mätproben används effektivt."

Fysikerna förväntar sig att maktåtervunnet svagt värdebaserat metrologi kan användas för att mäta många andra fysiska effekter förutom strålavböjning.

"Svagt värdebaserad metrologi kan användas vid mätning av många mycket små fysiska effekter, såsom strålavböjning, fasskift, frekvensskift, temperaturförändringar, hastighetsmätningar, och andra, och till och med ansökt om gravitationsvågsdetektering, "Sa Li." I kombination med teknik för återvinning av energi, svagvärdesbaserad metrologi kommer att visa mycket högre mätprecision och mer omfattande tillämpning vid mätning. "

Forskarna förväntar sig också att mätprecisionen kan förbättras ytterligare genom att kombinera kraftåtervinning med andra tekniker, såsom en multibounce-pulsåtervinningsstrategi där flera reflektioner förbättrar mätprecisionen.

"Vår framtida forskning kommer att koncentrera sig på att öka mätprecisionen för att nå Heisenberg -gränsen, "Sa Li.

© 2016 Phys.org