糾纏增強(qiáng)傳感技術(shù)為先進(jìn)量子傳感器的研發(fā)和進(jìn)步打下了基礎(chǔ)

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世界各地的計(jì)量機(jī)構(gòu)使用基于原子自然振蕩的原子鐘來(lái)管理我們的時(shí)間。這些鐘表在衛(wèi)星導(dǎo)航或數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用中舉足輕重，最近，通過(guò)在光學(xué)原子鐘中使用更高的振蕩頻率，這些鐘表得到了改進(jìn)。

因斯布魯克物理學(xué)家將鏈中的所有粒子相互糾纏，產(chǎn)生了所謂的擠壓量子態(tài)。資料來(lái)源：Steven Burrows 和雷伊小組/JILA

現(xiàn)在，由克里斯蒂安-羅斯（Christian Roos）領(lǐng)導(dǎo)的因斯布魯克大學(xué)和奧地利科學(xué)院量子光學(xué)與量子信息研究所（IQOQI）的科學(xué)家們展示了如何利用產(chǎn)生糾纏的特殊方法來(lái)進(jìn)一步提高光學(xué)原子鐘功能不可或缺的測(cè)量精度。

"量子系統(tǒng)的觀測(cè)總是受到一定統(tǒng)計(jì)不確定性的影響。"Christian Roos 團(tuán)隊(duì)的 Johannes Franke 解釋說(shuō)："這是量子世界的本質(zhì)決定的。"糾纏可以幫助我們減少這些誤差"。

在美國(guó)博爾德 JILA 理論家安娜-瑪麗亞-雷伊的支持下，因斯布魯克的物理學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里對(duì)糾纏粒子集合的測(cè)量精度進(jìn)行了測(cè)試。研究人員使用激光來(lái)調(diào)節(jié)排列在真空室中的離子之間的相互作用，并將它們糾纏在一起。

"相鄰粒子之間的相互作用會(huì)隨著粒子間距離的增加而減弱。因此，我們利用自旋交換相互作用，讓系統(tǒng)表現(xiàn)得更有集體性，"因斯布魯克大學(xué)理論物理系的拉斐爾-考布呂格爾解釋說(shuō)。

因此，鏈中的所有粒子都相互糾纏，產(chǎn)生了所謂的擠壓量子態(tài)。物理學(xué)家以此證明，通過(guò)將 51 個(gè)離子與單個(gè)粒子糾纏在一起，測(cè)量誤差大約可以減半。在此之前，糾纏增強(qiáng)傳感主要依賴于無(wú)限的相互作用，這就限制了它只適用于某些量子平臺(tái)。

"因斯布魯克量子物理學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，量子糾纏使傳感器更加靈敏。"克里斯蒂安-羅斯說(shuō)："我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用了一種光學(xué)轉(zhuǎn)變，原子鐘也采用了這種轉(zhuǎn)變。這項(xiàng)技術(shù)可以改善目前使用原子鐘的領(lǐng)域，如衛(wèi)星導(dǎo)航或數(shù)據(jù)傳輸。此外，這些先進(jìn)的時(shí)鐘還能為尋找暗物質(zhì)或確定基本常數(shù)的時(shí)間變化等研究提供新的可能性。"

克里斯蒂安-羅斯和他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在希望在二維離子群中測(cè)試這種新方法。目前的研究成果發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上。在同一期雜志上，研究人員利用中性原子發(fā)表了非常相似的結(jié)果。在因斯布魯克進(jìn)行的研究得到了奧地利科學(xué)基金 FWF 和奧地利蒂羅爾工業(yè)聯(lián)合會(huì)等機(jī)構(gòu)的資助。