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    物理实验 物理实验 关注:79 内容:27

    测不准原理或将被打破?新技术“绕过”了海森堡不确定性原理

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      Lv.5伽马射线
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      牛顿

      洛桑联邦理工学院、剑桥大学、IBM研究-苏黎世分校的科学家们一起,揭示了光和机械运动之间相互作用中的新动力学,对旨在规避著名的“反向作用限制”问题中探测器的影响量子测量具有重要意义。近些年来,机械运动的经典测量极限已经超出了预期,例如在第一次直接观测引力波时,表现为千米级光学干涉仪中镜面的微小位移。在微观尺度上,原子力显微镜和磁共振力显微镜现在可以揭示材料的原子结构,甚至可以感觉到单个原子的自旋。

      测不准原理或将被打破?新技术“绕过”了海森堡不确定性原理

      但是使用纯粹的常规手段,所能达到的敏感性有限。例如,在量子力学中,海森堡测不准原理暗示了“测量反作用”的存在:对粒子位置的精确测量总是会破坏任何关于它的动量,因此也就破坏了预测它的任何未来位置。回溯规避技术专门设计为“绕过”海森堡不确定性原理,通过仔细控制测量中获得的信息和未获得信息,例如只测量振荡器的振幅而忽略其相位。理论上,这种方法具有无限的灵敏度,但代价是只有一半的可用信息。

      测不准原理或将被打破?新技术“绕过”了海森堡不确定性原理

      但撇开技术挑战不谈,科学家们普遍认为,这种光机械相互作用产生的任何动力效应,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,洛桑联邦理工学院的Tobias Kippenberg实验室与剑桥大学和IBM研究-苏黎世分校的科学家合作,发现了新的动力学,对可实现的灵敏度施加了意想不到的限制。在发表在《物理评论X》期刊上的这项研究表明,光学频率的微小偏差与机械频率的偏差一起,可能会产生严重的后果(即使在没有外来影响的情况下)。

      测不准原理或将被打破?新技术“绕过”了海森堡不确定性原理

      因为机械振荡开始失控地放大,模仿“简并参数振荡器”的物理特性。在两个截然不同的光学机械系统中发现了相同行为,一个使用光学,另一个使用微波辐射,证实了这种动力学并不是任何特定系统所独有的。洛桑联邦理工学院的研究人员通过调整频率绘制了这些动态的图景,证明了与理论的完美匹配。第一作者、科学家伊泰·肖罗尼(Itay Shomroni)表示:其他动力不稳定性几十年来一直为人所知,并被证明会困扰引力波传感器。现在,这些新结果必须在未来的量子传感器设计和相关应用中考虑,例如无反作用的量子放大。


      博科园|研究/来自:洛桑联邦理工学院

      参考期刊《物理评论X》

      DOI: 10.1103/PhysRevX.9.041022

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