引力波镜实验可以演化成量子实体

煤油灯科技2022-03-18 20:47

图1 用于观测引力波的激光干涉仪示意图。如果光的辐射压力的量子不确定性是作用在镜子上的主要动力,那么镜子和反射光束就会产生一个共同的量子物体。在这种情况下,干涉仪的灵敏度在测量由于引力波引起的镜子位置变化时是最佳的。

在引力作用下探索宏观或重体运动的量子物理实验需要保护其不受任何环境噪声的影响,并需要高效的传感。

一个理想的系统是一个高反射镜,其运动由单色光感测,单色光以高量子效率进行光电检测。如果光的量子不确定性和镜面运动相互影响,最终导致观察到光学自由度和运动自由度之间的纠缠,则实现了量子光机械实验。

在由 AIP Publishing 和 AVS 共同出版的 AVS Quantum Science 中,来自德国汉堡大学的研究人员回顾了引力波探测器的研究,将其作为量子技术的一个历史例子,并检验了关于量子物理学与引力之间联系的基础研究。引力波天文学需要前所未有的灵敏度来测量音频频带及以下频率的微小时空振荡。

该团队检查了最近的引力波实验,表明有可能屏蔽大型物体,例如反射 200 千瓦激光的 40 公斤石英玻璃镜,使其免受热和地震环境的强烈影响,从而使其作为一个量子物体进行演变。

“镜子只能感知光,而光只能感知镜子。环境对它们两个来说基本上是不存在的。”作者Roman Schnabel说。“他们的联合演化由薛定谔方程描述。”

这种与环境的分离是所有量子技术(包括量子计算机)的核心,可实现原本不可能实现的测量灵敏度。

研究人员回顾了与诺贝尔奖获得者Roger Penrose在探索大质量物体的量子行为方面的工作相交。彭罗斯试图更好地理解量子物理学和引力之间的联系,这仍然是一个悬而未决的问题。

Penrose想到了一个实验,在这个实验中,光会通过辐射压力耦合到机械设备上。在他们的综述中,研究人员表明,虽然物理学中这些非常基本的问题仍未解决,但反射激光的大型设备的高度屏蔽耦合正在开始改进传感器技术。

展望未来,研究人员可能会进一步探索将引力波探测器从环境的影响中解耦。更广泛地说,量子设备与环境的任何热能交换的解耦是关键。量子测量设备和量子计算机都需要这样做。


论文参考链接:https://avs.scitation.org/doi/full/10.1116/5.0077548

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