突破量子极限:量子纠缠提升引力测量的精度

万象很幽默 2025-03-08 02:25:13

重力测量长期以来一直是各个科学和工程学科的基石。从绘制地球地下地质结构图以进行资源勘探,到监测由构造变动或冰盖变化引起的微小重力变化,重力测量为我们深入了解地球和塑造地球的力量提供了宝贵的见解。除了地球物理学之外,高灵敏度的引力仪在基础物理学研究中也至关重要,它们为检验爱因斯坦的广义相对论、寻找假想的暗物质粒子,甚至探测来自遥远宇宙事件的微弱引力波提供了工具。

传统的引力仪,通常基于经典的机械原理,一直以来都很好地为我们服务,但它们的灵敏度从根本上受到热噪声和机械缺陷的限制。随着对更精确和更稳定的引力测量的需求不断增长,对下一代引力仪的探索促使研究人员探索量子力学领域。

原子引力仪利用物质的波粒二象性和原子光谱学的精细精度,成为一种有希望的替代方案,与传统的引力仪相比,它提供了显著增强的灵敏度。然而,即使是这些量子传感器,最终也受到量子涨落的限制,这是海森堡不确定性原理施加的基本限制。为了克服这一障碍,并将精确引力测量的边界推向更远,一种革命性的方法应运而生:纠缠增强型原子引力仪。这项技术利用了奇特的量子纠缠现象来减少量子噪声,并在引力测量中实现了前所未有的灵敏度,标志着该领域向前迈出了重要一步。

原子引力仪:利用量子力学进行引力测量

原子引力仪基于原子干涉原理运行,该技术利用原子的波动性来极其精确地测量加速度。在典型的原子引力仪中,首先使用激光冷却技术将原子云冷却到极低的温度,以减少它们的热运动。然后,将这些超冷原子向上发射,并施加一系列激光脉冲,这些脉冲充当原子物质波的分束器和反射镜。

第一个激光脉冲将原子波包分裂成两个动量状态的叠加态,有效地为原子创造了两条路径。当原子在地球引力场中沿着这些路径传播时,它们会累积与重力加速度成正比的相位差。第二个激光脉冲反转了两个波包的动量,使它们向彼此传播回来。最后,第三个激光脉冲充当波束组合器,使两个波包能够发生干涉。通过测量不同量子态中的原子数量来观察干涉图案,该图案对累积的相位差非常敏感,从而对原子所经历的重力加速度也非常敏感。

传统原子引力仪的灵敏度最终受到标准量子极限(SQL),也称为散粒噪声极限的限制。这种限制源于对独立的、不相关的原子进行测量时固有的量子涨落。本质上,SQL 规定测量精度与所用原子数量的平方根成反比。为了在 SQL 的约束范围内提高灵敏度,必须增加原子数量,这在实验复杂性和可扩展性方面提出了实际挑战。

量子纠缠:量子计量学的新前沿

量子纠缠是量子力学的一个奇特特征,它提供了一种绕过标准量子极限并在测量中实现更高精度的方法。纠缠描述了两个或多个量子粒子以这样一种方式联系在一起的情况,即它们的命运是相互交织的,而与分隔它们的距离无关。测量一个纠缠粒子的属性会立即影响其他粒子的属性,这种关联性在经典物理学中没有类似物。

在量子计量学的背景下,纠缠可以用来创建原子的“压缩态”。压缩态是一种量子态,其中一个测量变量(例如相位)中的噪声降低到 SQL 以下,代价是互补变量(例如原子数量)中的噪声增加。通过在原子引力仪中仔细设计压缩态,研究人员可以有效地抑制重力敏感相位测量中的量子噪声,从而实现超越经典极限的增强灵敏度。

纠缠增强型原子引力仪:连接纠缠与引力测量

纠缠增强型原子引力仪通过将量子纠缠直接融入原子干涉过程,代表了重力传感领域的范式转变。最近的突破性研究表明,这种装置已成功实现,其灵敏度超过了标准量子极限。在《物理评论 X》上发表的一篇论文详细介绍了这一成就。

该实验利用了玻色-爱因斯坦凝聚体(BEC),这是一种超冷原子集合,其中原子失去了它们的个体身份,并表现为一个单一的量子实体。在 BEC 中,自旋改变碰撞被用来产生双模压缩态,这是一种纠缠形式,其中量子涨落在原子对之间是相关的。然后,这些压缩态被转移到干涉仪中使用的原子钟状态,有效地“压缩”了相位测量中的量子噪声。

实验装置涉及一系列复杂的微波和拉曼脉冲,以操纵纠缠原子并执行干涉测量序列。使用 delta-kick 准直和仔细保持原子密度分布对于最大限度地减少原子损失和在整个测量过程中保持纠缠态的相干性至关重要。通过测量这些纠缠原子的干涉图案,研究人员证明量子涨落显著减少,实现了比标准量子极限低 -1.7 dB 的灵敏度。这一结果标志着首次使用量子力学纠缠原子直接测量引力,展示了纠缠对精确引力测量的切实好处。

结论

量子纠缠增强的原子引力仪代表了量子力学和精密测量的奇妙结合。通过利用量子纠缠的力量,研究人员开辟了实现前所未有的重力测量精度的新途径。该技术的潜在应用范围广泛,涵盖地球物理学、空间探索、时间测量和基础物理学。随着挑战的解决和技术的不断进步,量子纠缠增强的原子引力仪有望成为现代科学探索和技术创新的基石。

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评论列表
  • 2025-03-12 14:06

    牛顿研究上帝神学,是敬畏信任自然,希望自然哲学与上帝协调一致。牛顿归纳万有引力是只能如此理解(公设),不知道为什么有引力而且确定明天还有???这种人类认知自然的极限困惑(任何不变真理没有原因),成了悖论斯坦的搞骗技巧。居然有人贬低嘲笑牛顿。………自然绝对诚实有确定性/决定论,有复杂性::意识可以作用于人体(物质),对自然现象具有广泛扰动。万物普遍联系持续发展,复杂现象有观测困难的不确定性(水往低处流隐藏了万有引力)。修水坝不是改变自然法则,是意识作用下重复不变法则演绎新的自然现象。🍎信任自然/唯物主义,观测确定树上苹果数量,不是唯心主义/假说猜测不确定,观测归纳(必要充分真实)认知自然/真理,有了真理才有“因果思维”演绎论证预测,从来如此,只能如此,是人类生存和科学的唯一根本。………所有自然规律都是对过去自然现象的观测归纳,为什么这些规律在未来还是那样?没人知道(科学尽头),不知为不知也!❌过度好奇心与不诚实滋生欺骗!!信任自然/唯物主义的信念(观测归纳)是根本,假说诠释自然搞骗是祸害!!将绝对诚实的自然想象成上帝或神,是一种敬畏自然的信仰罢了。

  • 2025-03-12 14:07

    “背后作者”显然是一个搞科研的读书人。搞了什么项目骗国家??还要挖空心思地祸害人民的子孙??

  • 2025-03-12 14:07

    量子纠缠笑话——宇宙浩瀚。。。物质本质是带电质量体,普遍有力的相互作用和相对运动,是永远不变的。⭕️邪门纠缠比找六亲不认邪门女朋友邪太多了!!!!❌独此一女六亲不认???独此一男六亲不认???必须纠缠必然纠缠???❌如何找到独此一女???如何找到独女的独此一男???这种纠缠是万变中不变的真理吗?———观测归纳认知自然,从来如此,只能如此。在万变中寻求不变的真理,如,物质不灭,能量守恒,1+1=2等等。常常有人宣称,暗物质占XX%,只是人类观测不到!!物质是普遍相互作用的,有条件当然可观测。………号称有鬼只是你看不到,永远不可能露馅的鬼把戏,高明吗???

  • 2025-03-12 14:06

    真理都是简单的,不证自明的(不变现象)无法证明的(全称命题),可证伪/乐于辩证批判。悖论诠释号称证明(全称命题)是骗。古希腊哲学对真理的理解 —— 真理是不变的现象。水流现象千变万化是真实/不是真理。水往低处流,指南针,物质不灭,能量守恒,电荷守恒,1+1=2,绝对时空,相对速度,……都是不变的现象/真理/知道/确定性。号称人人不知的空间弯曲是真理,胡编人人可知的时间是虚幻!!是缺德笑话。科学/哲学追求确定性(知道)是生存的必须,鼓吹不确定(不知道)❌是鬼迷心窍丧心病狂。不变现象(科学)是观测归纳不是假说证明不是解释稀奇。

  • 2025-03-12 14:07

    孔乙己看不起牛顿经验归纳/实践出真知/短衣帮,更爱假说相对论之乎者也长衫子。假说“所有天鹅都是黑的”,找到一只黑天鹅,写论文皆大欢喜,号称证明了!假说科学不算假/读书人偷书不算偷,都是伟大的突破,物理革命!。。。 然后诠释号称应用………前天有人打了一个很响的臭屁,比蝴蝶效应还要猛。今天果然下雨获得了应用,臭屁的应用十分广泛。………为什么世界上只有三个人懂的XX论,获得了如此广泛的应用呢??诠释一切,应用也靠诠释??答案只有孔乙己知道!———演绎卫星发射控制,都是不得不去用牛顿力学,清清楚楚的,需要写论文诠释吗?

  • 2025-03-12 14:06

    ⭕️⭕️不是空间弯曲是道德弯曲。 —— 引力是空间弯曲?力是普遍的物质相互作用,空间弯曲是相互作用吗?质量体弯曲了空间又反作用于自己,自己干自己惯性运动完蛋了?弯曲影响运动还是影响受力?弯曲导致空间移动/空间跑掉了?速度是多少??如何观测?弯曲空间欺负质量/平直空间是好人?空间如何知道材料密度差异?骗子能用空间弯曲改变汽车导弹的运动?空间弯曲能弯住升空气球吗?体积太大会被空间卡死吗?无中生有活见鬼!不知为不知不好吗??❌绝对时空是不变的真理,支撑了几何学与微积分/无限细分叠加,不均匀弯曲时空能微积分?……人人可知空间静止可入,对物体没有任何作用。他居然胡编人人不知的空间弯曲当真理,胡编人人可知的时间是虚幻,完全是道德弯曲,丧心病狂!………质量随相对速度变化,笑死人😄!相对速度无穷多,哪有高速低速之分?静质量是相对哪个速度参考系呢?各个方向质量不同吗?………苏格拉底说,真理是唯一的,因果关系/诠释无穷多/是骗。❌不要搞道德弯曲,绝对空间的非惯性系变化及其观测才是真正的航天问题。

  • 2025-03-12 14:07

    ⭕️到底是量子摇号机?? 还是量子计算机?? ——— 导体与绝缘体的差异带来了电子的空间运动操控性。三极管电子运动与电平高低,电路的“与或非”运算,是标准的牛顿力学,有确定性。 量子计算搞的是哪个量子?电子,质子,三体多体量子?还是花仙子? ………量子位置稳定吗?存储记忆能力可靠吗?如何定位找到特定量子,观测特定量子,操控特定量子?如何用量子表达数字?如何实现与运算,或运算,非运算?不变现象/真理/知识/确定性是一切应用的前提和基础,崇洋媚外跟屁虫假大空,木用! ———有人说,量子计算机主要是用来产生随机密码的,为了避免误导,理解计算速度提升千万亿倍??叫量子计算机?还是应该称为量子秘码机,或量子摇号机呢?

  • 2025-03-12 14:05

    悖论斯坦五大骗术V3: ——1.蔑视自然创造反公理假说。绝对速度,相对时空,无源场,,, ——2. 数学冒充物理,假说演绎方程,搞虚幻数学“物理”概念,破坏基本概念和认知体系。虚幻数学相对时空、数学质量、数学能量。相对速度无穷多,有高低速之分吗?光是绝对速度钉子户?力与质量有宏观微观两套规则?数学冒充物理追不上芝诺乌龟,笑死人。 ——3. 以不确定性观测精度攻击确定性引力公理,以认知进化祸害绝对真理。不变现象1+1=2是绝对真理,需要相对论修正吗?宏观电磁理论描述微观粒子电磁行为当然不行,两朵乌云和光电效应矛盾都证伪了电磁理论,骗子却借机祸害伽利略变换! ——4. 指鹿为马,指马为鹿,搞二象性,破坏观测自然同与不同的确定性,祸害认知自然的核心根基。 ——5. 无中生有的假说(鬼)解释稀奇谎称证明全称命题,且无耻于悖论,诱骗别人证明没有鬼,搞万能骗术!!………水星进动证明的大笑话:(A).号称证明全称公设是欺骗。 (B).忽视了水星电磁力等影响因素(1974地外水星探测),居然弄出高精度?活见鬼还是见活鬼?(科学求真需要批判精神,虽异常艰难但绝不应包容悖论欺骗!)

万象很幽默

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