Griffith University forskare har visat en procedur för att göra exakta mätningar av hastighet, acceleration, materialegenskaper och till och med gravitationsvågor möjliga, närmar sig den ultimata känsligheten som kvantfysikens lagar tillåter.

Publicerad i Naturkommunikation , arbetet såg Griffith-teamet, ledd av professor Geoff Pryde, arbeta med fotoner (enkla ljuspartiklar) och använda dem för att mäta det extra avstånd som ljusstrålen tillryggalägger, jämfört med dess partnerreferensstråle, när det gick genom provet som mäts — en tunn kristall.

Forskarna kombinerade tre tekniker - entanglement (en sorts kvantkoppling som kan existera mellan fotonerna), föra strålarna fram och tillbaka längs mätbanan, och en specialdesignad detektionsteknik.

"Varje gång en foton passerar genom provet, det gör en sorts minimätning. Den totala mätningen är kombinationen av alla dessa minimätningar, " sa Griffiths Dr Sergei Slussarenko, som övervakade experimentet. "Ju fler gånger fotonerna passerar, desto mer exakt blir mätningen.

"Vårt schema kommer att fungera som en ritning för verktyg som kan mäta fysiska parametrar med precision som är bokstavligen omöjlig att uppnå med de vanliga mätenheterna.

Huvudförfattaren till tidningen Dr. Shakib Daryanoosh sa att denna metod kan användas för att undersöka och mäta andra kvantsystem.

"Dessa kan vara väldigt ömtåliga, och varje sondfoton vi skickar den skulle störa den. I detta fall, att använda få fotoner men på ett så effektivt sätt som möjligt är avgörande och vårt schema visar hur man gör just det, " han sa.

Medan en strategi är att bara använda så många fotoner som möjligt, det räcker inte för att nå den ultimata prestandan. För det, det är nödvändigt att också extrahera den maximala mängden mätinformation per fotonpassage, och det är vad Griffith-experimentet har uppnått, kommer långt närmare den så kallade Heisenbergs precisionsgräns än något jämförbart experiment.

Det återstående felet beror på experimentell ofullkomlighet, som schemat designat av Dr. Daryanoosh och professor Howard Wiseman, är kapabel att uppnå den exakta Heisenberg-gränsen, i teorin.

"Det riktigt fina med den här tekniken är att den fungerar även när du inte har en bra startgissning för mätningen, " Prof. Wiseman sa. "Tidigare arbete har mest fokuserat mycket på fallet där det är möjligt att göra en mycket bra startapproximation, men det är inte alltid möjligt."

Några extra steg krävs innan denna principbevis-demonstration kan utnyttjas utanför labbet.

Att producera intrasslade fotoner är inte enkelt med nuvarande teknik, och detta betyder att det fortfarande är mycket lättare att använda många fotoner ineffektivt, snarare än varje uppsättning intrasslade fotoner på bästa möjliga sätt.

Dock, enligt teamet, idéerna bakom detta tillvägagångssätt kan hitta omedelbara tillämpningar i kvantberäkningsalgoritmer och forskning inom grundläggande vetenskap.

Systemet kan i slutändan utökas till ett större antal intrasslade fotoner, där skillnaden mellan Heisenberg-gränsen och den vanligtvis uppnåbara gränsen är mer betydande.