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通过一种特殊方法创造量子纠缠,可以提高先进量子传感器的精度。
来源:因斯布鲁克大学 发表于 2023/9/12

因斯布鲁克的物理学家将链上的所有粒子相互纠缠,产生了所谓的压缩量子态。资料来源:steven burrows和rey group/jila


世界各地的计量机构使用基于原子自然振荡的原子钟来管理我们的时间。这些时钟对于卫星导航或数据传输等应用至关重要,最近通过在光学原子钟中使用更高的振荡频率来改进。


现在,因斯布鲁克大学和奥地利科学院量子光学和量子信息研究所(iqoqi)的科学家们展示了一种创造纠缠的特殊方法如何被用来进一步提高光学原子钟功能中测量的准确性。他们的研究结果发表在《自然》杂志上。


实验测量误差减半

量子系统的观测总是受制于一定的统计不确定性。“这是由于量子世界的本质,”克里斯蒂安·鲁斯团队的约翰内斯·弗兰克解释说。“


纠缠可以帮助我们减少这些错误。”在美国博尔德jila的理论家ana maria rey的支持下,因斯布鲁克的物理学家们在实验室里测试了一个纠缠粒子系综的测量精度。研究人员使用激光来调整在真空室中排列的离子的相互作用,并使它们纠缠在一起。


“相邻粒子之间的相互作用随着粒子之间的距离而减少。因此,我们使用自旋交换相互作用来允许系统表现得更集体,”因斯布鲁克大学理论物理系的raphael kaubr格解释说。因此,链中的所有粒子相互纠缠并产生所谓的压缩量子态。


利用这一点,物理学家们能够证明,通过将51个离子与单个粒子纠缠在一起,测量误差可以大致减半。以前,纠缠增强传感主要依赖于无限的相互作用,限制了其仅适用于某些量子平台。


更准确的时钟

通过他们的实验,因斯布鲁克量子物理学家能够证明量子纠缠使传感器更加敏感。


“我们在实验中使用了一种光学跃迁,这种跃迁也被用于原子钟,”克里斯蒂安·鲁斯说。这项技术可以改善目前使用原子钟的领域,如基于卫星的导航或数据传输。


此外,这些先进的时钟可以在寻找暗物质或确定基本常数的时间变化等方面开辟新的可能性。


christian roos和他的团队现在想在二维离子群中测试这种新方法。在同一期的《自然》杂志上,研究人员发表了使用中性原子的非常相似的结果。


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