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研究人员开发更灵敏的量子传感器

2021-08-30 08:03:25
导读几个世纪以来,人类通过越来越精确的光和物质测量扩大了对世界的了解。如今,量子传感器已经取得了非常准确的结果。这方面的一个例子是原子

几个世纪以来,人类通过越来越精确的光和物质测量扩大了对世界的了解。如今,量子传感器已经取得了非常准确的结果。这方面的一个例子是原子钟的发展,预计在300亿年内,原子钟既不增加也不减少超过一秒钟。在这种情况下,利用光学干涉仪,量子传感器也可以探测到引力波。

根据支配日常生活的传统物理定律,量子传感器可以实现不可能的灵敏度。只有当一个人进入具有迷人性质的量子力学世界时,才能达到这种灵敏度水平——例如叠加现象,物体可以同时存在于两个地方,而原子可以存在于两个不同的能级。同时。

产生和控制这种非经典状态非常复杂。由于要求高灵敏度,这些测量容易受到外部干扰。此外,非经典状态必须适应特定的测量参数。“不幸的是,这通常会导致其他相关测量参数的不准确性增加,”法比安沃尔夫描述了这一挑战。这个概念与海森堡的测不准原理密切相关。沃尔夫是来自汉诺威、莱茵什大学、布伦瑞克物理技术学院和佛罗伦萨国家光学研究所的研究团队成员。该团队引入了一种基于非经典状态的方法,一次适应两个测量参数。

这个实验可以看作是单摆的量子力学版本。在这种情况下,自适应测量参数是摆锤的最大位移(振幅)和每秒钟的振荡频率。钟摆包括嵌入“离子阱”中的单个镁离子。通过激光相互作用,研究人员可以将镁离子冷却到量子力学系统的基态,这是可达到的最冷状态。从那里,他们产生了运动的“福克状态”,并利用外力使单个原子钟摆振荡。这使他们能够以传统摆锤无法比拟的灵敏度测量振幅和频率。与以前的实验相反,

使用这种新方法,团队在保持分辨率不变的情况下将测量时间缩短了一半,或者在恒定的测量时间内将分辨率提高了一倍。高分辨率对于基于运动状态变化的光谱技术尤为重要。在这种特殊情况下,研究人员打算通过激光照射来分析单个分子离子,以刺激分子运动。新的程序将使他们能够分析分子的状态,然后被强激光照射破坏。法比安沃尔夫说:“例如,精确测量分子可以揭示传统物质和暗物质之间的相互作用,这将为解决当代物理学中最大的谜团之一做出巨大贡献。测量概念,

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