[涨姿势] 引力波观测站突破了量子极限

作者：精品下载站日期：2024-12-13 16:27:00 浏览：12 分类：涨姿势

引力波观测站突破了量子极限

用于执行量子压缩的装置。

图片来源：Georgia Mansell/LIGO 汉福德天文台

激光干涉仪引力波天文台 (LIGO) 的精度超越了之前的水平，找到了一种绕过量子极限的方法，量子极限是宇宙固有的噪声，用于限制引力波测量的精确度。天文台使用激光来发现时空变化，该变化是单个质子宽度的 1/1,000000th，并且在这个水平上发生了很多事情。

这个测量水平令人震惊。这相当于知道太阳和比邻星（它最近的邻近恒星）之间的距离，其精度比人类的头发还小。当距离小于原子时，量子怪异就会发生。时空并不空虚，粒子的出现和消失也同样迅速，从而产生了量子噪声。

“我们无法控制自然，但我们可以控制我们的探测器，”负责监督新 LIGO 技术开发的麻省理工学院高级研究科学家 Lisa Barsotti 在一份声明中表示。 “光的量子性质造成了这个问题，但量子物理学也为我们提供了解决方案。”

他们采取的提高精度的方法称为“频率相关挤压”。量子压缩可以通过压缩光的一种特性（例如频率）但失去另一种特性（例如功率）的精度来控制光及其精度。这是由于测不准原理造成的。

由于能量损失，自 2019 年以来，量子压缩仅在引力波的较高频率范围内进行。但通过新的设置，与频率相关的挤压使科学家能够在 LIGO 可以检测到的整个频率范围内进行这种量子欺骗。

“以前，我们必须选择希望 LIGO 更加精确的位置，”LIGO 团队成员、加州理工学院物理学教授 Rana Adhikari 补充道。 “现在我们可以鱼与熊掌兼得。我们已经知道如何写下方程式来实现这一目标已经有一段时间了，但直到现在我们还不清楚我们是否真的可以让它发挥作用。这就像科幻小说一样。 ”

这项技术成就令人难以置信，并且具有重要的观测结果。突破量子限制预计将使检测到的合并数量增加 60%。 LIGO 现在正在观测更大的宇宙空间。

“现在我们已经超越了这个量子极限，我们可以做更多的天文学研究，”加州理工学院物理学助理教授、这项新研究的领导者之一李麦卡勒解释道。 “LIGO 使用激光和大镜子进行观测，但我们正在以一定的灵敏度进行工作，这意味着该设备会受到量子领域的影响。”

LIGO 的合作伙伴天文台 Virgo 也将在当前的运行中使用依赖于频率的挤压技术，该运行从去年 5 月开始，将持续到 2024 年底。

该研究已被《Physical Review X》接受发表。

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