Ученые из университетов Рочестера и Оттавы смогли напрямую измерить поляризацию света в двух различных базисах одновременно. Результаты исследований были опубликованы в Nature Photonics, обзор работы приведен на сайте Университета Рочестера.
Физикам удалось обойти принцип неопределенности Гейзенберга, измерив одновременно горизонтально-вертикальную и диагональную поляризацию света для одной волны. Применив эффект двойного лучепреломления света в кристалле, группа ученых смогла дважды разложить волну на поляризованные составляющие, не допуская коллапса волновой функции.
Согласно принципу неопределенности, невозможно точно определить один параметр квантовой системы, не повлияв на другие сопряженные параметры. Применительно к поляризации света — невозможно измерить поляризацию одного и того же фотона сразу и по горизонтально-вертикальному, и по диагональному базисам, поскольку первое разделение волны на поляризованные составляющие (например, горизонтальную и вертикальную) повлияет на все последующие.
В своих экспериментах группа ученых под руководством Роберта Бойда (Robert Boyd) использовала слабое квантовое измерение, впервые продемонстрированное в 2011 году для одновременного измерения действительной и мнимой составляющих волновой функции. При прохождении через первый тонкий кристалл, свет разделялся на горизонтальную и вертикальную поляризованные составляющие не полностью. Оставалась область перекрытия, которая служила основой для измерения диагональной и антидиагональной поляризации на втором кристалле.
Ранее для однозначного определения всех параметров квантовой системы применялся метод квантовой томографии — многократного измерения в разных базисах. Этот метод требовал значительных усилий по обработке полученных данных. Прямое определение параметров системы, которое также требует нескольких измерений для уточнения результата, позволит значительно ускорить решение подобных задач.