科学家们正在利用量子压缩来突破传感器的极限

2025-06-28 09:07来源:本站

  

  

  到目前为止,LIGO已经确认了90次引力波探测,但物理学家希望探测到更多,这将需要使实验更加敏感。这是一个挑战。

  麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的物理学家丽莎?巴索蒂(Lisa Barsotti)表示:“这些探测器的问题在于,每次你试图改进它们,实际上都可能让事情变得更糟,因为它们太敏感了。”

  然而,Barsotti和她的同事们最近克服了这一挑战,创造了一种设备,使LIGO的探测器能够探测到更多的黑洞合并和中子星碰撞。该设备属于使用量子压缩技术的一种日益增长的仪器,这是研究人员处理由量子力学模糊规则运行的系统的一种实用方法,可以操纵这些现象以使其对自己有利。

  物理学家用概率来描述量子领域中的物体——例如,一个电子不是在这里或那里,而是在每个地方都有一定的可能性,只有当它的性质被测量时才锁定在一个地方。量子压缩可以操纵概率,研究人员越来越多地使用它来对测量行为施加更多的控制,极大地提高了像LIGO实验这样的量子传感器的精度。

  斯坦福大学(Stanford University)物理学家马克·卡塞维奇(Mark Kasevich)利用量子压缩技术制造更精确的磁力计、陀螺仪和时钟,这些技术在导航领域有潜在的应用前景。他说:“在精密传感应用中,你想要探测到超小的信号,量子压缩可以是一个相当大的胜利。”商业和军事技术的创造者也开始涉足这项技术:加拿大初创公司Xanadu在其量子计算机中使用了这项技术,去年秋天,DARPA宣布了一个名为Inspired的项目,旨在开发芯片上的量子压缩技术。让我们来看看两个应用,其中量子压缩已经被用来推动量子系统的极限。

  量子压缩背后的关键概念是被称为海森堡测不准原理的现象。在量子力学系统中,这一原理限制了测量物体属性的精确程度。无论你的测量设备有多好,它们都会遭受基本程度的不精确,这是自然本身的一部分。在实践中,这意味着有一种权衡。例如,如果你想精确地跟踪一个粒子的速度,那么你必须牺牲知道它的位置的精度,反之亦然。量子计算初创公司QuEra的物理学家约翰?罗宾逊(John Robinson)表示:“物理学给实验施加了限制,尤其是在精确测量方面。”

  然而,通过将不确定性“挤压”到他们没有测量的属性中,物理学家可以在他们想要测量的属性中获得精度。早在20世纪80年代,理论家就提出在测量中使用挤压。从那时起,实验物理学家一直在发展这些想法;在过去的15年里,结果已经从杂乱的桌面原型发展到实用设备。现在最大的问题是哪些应用程序将从中受益。“我们只是在了解这项技术可能是什么,”卡塞维奇说。“然后希望我们的想象力能够增长,帮助我们找到它真正的好处。”

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