因斯布魯克的物理學(xué)家將鏈上的所有粒子相互糾纏，產(chǎn)生了所謂的壓縮量子態(tài)。資料來源:Steven Burrows和Rey Group/JILA

世界各地的計量機構(gòu)使用基于原子自然振蕩的原子鐘來管理我們的時間。這些時鐘對于衛(wèi)星導(dǎo)航或數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用至關(guān)重要，最近通過在光學(xué)原子鐘中使用更高的振蕩頻率來改進。

現(xiàn)在，因斯布魯克大學(xué)和奧地利科學(xué)院量子光學(xué)和量子信息研究所(IQOQI)的科學(xué)家們展示了一種創(chuàng)造糾纏的特殊方法如何被用來進一步提高光學(xué)原子鐘功能中測量的準(zhǔn)確性。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然》雜志上。

實驗測量誤差減半

量子系統(tǒng)的觀測總是受制于一定的統(tǒng)計不確定性�！斑@是由于量子世界的本質(zhì)，”克里斯蒂安·魯斯團隊的約翰內(nèi)斯·弗蘭克解釋說。“

糾纏可以幫助我們減少這些錯誤。”在美國博爾德JILA的理論家Ana Maria Rey的支持下，因斯布魯克的物理學(xué)家們在實驗室里測試了一個糾纏粒子系綜的測量精度。研究人員使用激光來調(diào)整在真空室中排列的離子的相互作用，并使它們糾纏在一起。

“相鄰粒子之間的相互作用隨著粒子之間的距離而減少。因此，我們使用自旋交換相互作用來允許系統(tǒng)表現(xiàn)得更集體，”因斯布魯克大學(xué)理論物理系的Raphael kaubr<e:1>格解釋說。因此，鏈中的所有粒子相互糾纏并產(chǎn)生所謂的壓縮量子態(tài)。

利用這一點，物理學(xué)家們能夠證明，通過將51個離子與單個粒子糾纏在一起，測量誤差可以大致減半。以前，糾纏增強傳感主要依賴于無限的相互作用，限制了其僅適用于某些量子平臺。

更準(zhǔn)確的時鐘

通過他們的實驗，因斯布魯克量子物理學(xué)家能夠證明量子糾纏使傳感器更加敏感。

“我們在實驗中使用了一種光學(xué)躍遷，這種躍遷也被用于原子鐘，”克里斯蒂安·魯斯說。這項技術(shù)可以改善目前使用原子鐘的領(lǐng)域，如基于衛(wèi)星的導(dǎo)航或數(shù)據(jù)傳輸。

此外，這些先進的時鐘可以在尋找暗物質(zhì)或確定基本常數(shù)的時間變化等方面開辟新的可能性。

Christian Roos和他的團隊現(xiàn)在想在二維離子群中測試這種新方法。在同一期的《自然》雜志上，研究人員發(fā)表了使用中性原子的非常相似的結(jié)果。