规避海森堡的不确定性原理并不容易

时间:2019-11-03 13:58 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  

规避海森堡的不确定性原理并不容易

 

  两种不同的量子光力学系统用于在回避反应测量中展示新颖的动力学。左(黄色):同时支持光学和5 GHz机械模式的硅纳米束,在4开尔文的氦3低温恒温器中运行,并使用光纤中发送的激光进行探测。右图(紫色):微波超导电路与一个6 MHz机械兼容电容器耦合,在15毫开尔文的稀释冰箱中运行。

  EPFL研究人员与剑桥大学和IBM Research–Zurich的同事一起,揭示了光与机械运动之间相互作用的新颖动力学,这对量子测量具有重大意义,旨在避开探测器在臭名昭著的“反作用极限”问题中的影响。 。

  近年来,经典机械运动测量的极限已超出了预期,例如在首次直接观测引力波时,这种现象表现为千米级光学干涉仪中镜子的微小位移。在微观尺度上,原子力和磁共振力显微镜现在可以揭示材料的原子结构,甚至可以感知单个原子的自旋。

  但是,使用纯常规方法可以达到的灵敏度是有限的。例如,海森堡在量子力学中的不确定性原理暗示了“测量反作用”的存在:对粒子位置的确切了解总是会破坏对它的动量的任何了解,从而预测其未来的任何位置。

  规避反作用技术专门设计用于通过避免控制海森堡的不确定性原理,例如通过仅测量振荡器的幅度而忽略其相位,来小心地控制获得的信息和测量中没有的信息。

  原则上,这样的方法具有无限的敏感性,但是以学习可用信息的一半为代价。除了技术上的挑战外,科学家们普遍认为,这种光机相互作用所产生的任何动力学影响都不会带来任何进一步的复杂性。

  现在,为了提高此类测量的灵敏度,EPFL的Tobias Kippenberg实验室与剑桥大学和IBM研究机构-苏黎世的科学家合作,发现了新颖的动力学,这些动力学对可实现的灵敏度施加了意想不到的约束。该研究成果发表于2019年10月30日的《物理评论X》上,表明光频率的微小偏差以及机械频率的偏差都会产生严重的结果-即使没有外部影响也是如此-随着机械振荡开始放大控制,模仿了所谓的“简并参量振荡器”的物理原理。

  在两个截然不同的光学机械系统中发现了相同的行为,一个光学系统工作,另一个光学系统工作于微波辐射,这证实了动力学并不是任何特定系统所独有的。EPFL研究人员通过调整频率绘制了这些动态的图表,证明了与理论的完美匹配。

  该论文的第一作者,EPFL科学家伊泰·索姆罗尼(Itay Shomroni)说:“数十年来,人们还知道了其他动力学不稳定性,并显示出困扰着重力波传感器。” “现在,在未来的量子传感器的设计以及相关应用(例如无反作用的量子放大)中必须考虑这些新结果。”

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