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纠缠增强型物质-波干涉仪现在有了双倍的神秘感
时间:2024-05-22 来源:未知 点击: 793次

  JILA的一个研讨小组初次成功地将量子力学中两个"最诡异"的特点结合起来,以制作一个更好的量子传感器:原子之间的胶葛和原子的脱焦。JILA是一个由美国国家标准取手艺研讨所(NIST)和科罗拉多大学博尔德分校运营的物理科学研讨机构。

干与器内的胶葛原子的效果图

  科学家们初次成功地将量子力学中两个"最诡异"的特性结合起来,以制作更好的量子传感器:原子之间的胶葛和原子的脱焦。这一成便是由JILA和NIST研讨员詹姆斯·K·汤普森的研讨团队完成的。爱因斯坦最初把胶葛称为制造远距离的鬼魂步履--量子力学的奇异效应,即一个原子产生的事情会以某种体例危害位于其他地方的另一个原子。胶葛是假想中的量子计算机、量子模拟器和将来的量子传感器的焦点所在。

  量子力学的第二个相称诡异的层面是脱域,即一个原子可以与此同时出现正在一个以上的处所。正如10月19日揭晓正在《自然》杂志上的论文所描写的那样,汤普森小组将胶葛和脱域的诡异性结合起来,实现了一个物质波干涉仪,它可以以跨越尺度量子极限(正在量子程度上对实验丈量精度的限定)的精度感知加速度。将来的量子传感器将可以供应更准确的导航,探索所需的自然资源,更准确地肯定根基常数,如精细结构和引力常数,更准确地探求暗物质,乃至可能有一天探测到引力波。胶葛的发生要使两个物体胶葛正在一起,一般必需使它们十分、十分靠近对方,以便它们可以相互作用。汤普森小组已学会了如何将数千到数百万个原子胶葛正在一起,纵然它们相隔数毫米或更远。他们根据使用正在镜子(称为光腔)之间跳动的光来实现这一方针,答应信息正在原子之间跳跃,并将它们编织成胶葛状况。

  哄骗这类怪异的基于光的方式,他们已发明并观察到正在任何体系中发作的一些最高度的胶葛状况,无论是原子、光子照旧固态。哄骗这类手艺,该小组设计了两种差别的实验方式,他们正在近来的事情中都哄骗了这两种方式。正在第一种方式中称为量子非破坏性丈量,他们对取原子相干的量子噪声开展预先丈量,并简朴地由终究丈量中减去量子噪声。正在第二种方式中,注入空腔的光使原子发作单轴扭转,正在这个过程中,每一个原子的量子噪声取一切其他原子的量子噪声相干联,以便它们能够一同"同谋"变得更平静。汤普森说:"这一些原子有点像孩子们正在相互体贴入微,以便他们能听到教师允许他们的集会,但正在这里是胶葛正在做体贴入微。

纠缠增强型物质-波干涉仪现在有了双倍的神秘感

  物质波干涉仪现今最正确和精确的量子传感器之一是物质波干涉仪。其道理是,人们经过汲取和没有汲取的激光,使用光脉冲使原子与此同时挪动和没有挪动。这招致原子正在一段时间内与此同时处于两个没有同的中央。正如研究生Chengyi Luo注释的那样:"我们用激光束照耀原子,所以我们现实大将每一个原子的量子波包没有偏没有倚,换句话说,粒子现实上与此同时存正在于两个没有同的空间。"随后的激光脉冲将这一进程逆转,使量子波包重新组合正在一起,那样,环境中的任何转变,如加快或扭转,都可以经过原子波包的两部分发作的可测量的滋扰量来感知,这与通俗干涉仪中的光场很类似,但这里是德布罗格利波,或由物质组成的波。

  JILA的研究生团队想出了如安正在一个带有高反射镜的光腔内实现一切这些事情。他们能够重现"量子版的伽利略"由比萨斜塔上投下物品的重力实验中,丈量原子正在垂直标的目的的空腔中落下的间隔,但与此同时又具有量子力学带来的一切精确性和准确性的上风。

  神秘水平翻倍通过学习如安正在一个光腔内操纵物质波干涉仪,由罗成毅和格雷夫向导的研究生团队随后可以利用光-物质的相互作用,正在分歧的原子之间发生胶葛,对重力加速度举行更宁静和更准确的丈量。

  这是第一次有些人可以以超越未胶葛原子的量子噪声所设定的尺度量子极限的精度来观测物质波干涉仪。因为精度的进步,像罗和汤普森那样的研究人员看到了使用胶葛作为量子传感器的资源的很多将来益处。

  汤普森说:"我以为,有一天我们将可以把胶葛引入物质波干涉仪,适用于探测太空中的引力波,或适用于暗物质搜索--这一些全是探测根底物理的器材,也是可以适用于平常使用的设备,如导航或大地测量。"有了这一庞大的实验进度,汤普森和他的团队期望其他人可以哄骗这类新的胶葛干涉仪要领,招致物理学行业的其他进度。汤普森悲观地说:"通过学习操作把持和掌握我们曾经晓得的全部诡异事物,大概我们可以发明关于宇宙的新的诡异事物,我们乃至还没有想到!"

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