Физики Варшавского университета показали, что взаимодействия атомов Ридберга помогают микроволновому сенсору сохранить больше сведений об измеряемом поле, даже если при регистрации теряются частицы. В эксперименте нормированная информация Фишера была в 3,0 ± 0,3 раза выше, чем при измерении без взаимодействий. Результаты опубликовали 24 июля 2026 года в журнале Nature Communications.

Как взаимодействия помогают измерению

Исследователи работали с облаком ультрахолодных атомов рубидия-87. В нём хранились коллективные возбуждения Ридберга. Короткий микроволновый импульс переводил атомы между двумя состояниями, а угол перехода зависел от поля. Затем дипольные взаимодействия возбуждений меняли состояние облака, которое учёные считывали по зарегистрированным фотонам.

Информация Фишера показывает, насколько точно по измерениям можно определить параметр. Здесь это угол перехода, связанный с микроволновым полем. Представим сообщение, часть букв которого стёрлась. Если перед этим изменить запись так, чтобы повреждение меньше мешало различать варианты, уцелевшие буквы точнее подскажут исходный текст. В эксперименте такую предварительную обработку выполняли взаимодействия атомных возбуждений.

В основе эффекта лежало дополнительное нелинейное затухание. Взаимодействия сильнее подавляли те состояния, из-за которых последующая потеря частиц делала результат регистрации неоднозначным. Поэтому зарегистрированные фотоны сохраняли больше информации о поле. При этом от хранения возбуждений до их регистрации доходило около 0,36%: взаимодействия снижали влияние потерь, но не устраняли их.

Для каждого заданного угла исследователи собрали по 10 000 экспериментальных отсчётов. Преимущество показали только для этой установки и при сравнении с измерением без взаимодействий. Результат не превосходит теоретического предела для системы без потерь. Кроме того, время взаимодействия нужно выбирать с учётом конечного срока жизни атомной памяти.

Работа описывает экспериментальную схему, а не готовый прибор для широкого применения. Подробнее о подготовке исследовательских публикаций можно узнать на странице услуги по подготовке научных статей.

Концептуальная схема последовательности измерения микроволнового поля с предварительным изменением состояния возбуждений Ридберга

Фото: andreas160578 / Pixabay