【海森堡的量子探測節拍限制】

江南布衣

【海森堡的量子探測節拍限制】

 

 

 

海森堡：王不確定性

A組的物理學家在西班牙已經展示了如何做一個量子測量，克服限制與海森堡的測不准原理。

 

研究人員證實了理論預測如何擊敗海森堡極限使用光子相互作用的原子自旋來衡量，他們說，他們的做法可能導致更多的敏感搜索的漣漪在時空稱為引力波或許也改善腦成像。

 

該標準限制的精度與其中一個量子測量，可以進行是由於統計誤差與離散粒子計數，而不是連續的數量。

 

因此，例如，當測量相位差之間的波派下來兩隻手臂的干涉儀，誤差在這個數量將規模與平方根的光子總數來衡量，ñ。

 

由於信號尺度與ñ，信號與噪聲的比例也以同樣的方式擴展。

 

或者，換一種方式，靈敏度的測量，這是最起碼的信號，可以測量一個給定的噪音水平，將擴大1 / ñ 1 / 2。

 

它可以改善這個比例，但是，通過糾纏的光子，因為這本來是什麼關聯獨立來源的噪聲從單個粒子。

 

這種測量方法的糾纏讓所謂的海森堡極限，這意味著靈敏度級1 / ñ。

 

直到最近，人們認為這個比例代表了絕對的限制量子測量的靈敏度。

 

 

陷入了一個陷阱

然而，在2007年領導的小組在洞穴卡爾頓大學在美國新墨西哥州的預測，海森堡極限可以通過引入非線性毆打測量粒子之間的相互作用。

 

這個預測已經被證明是真實的，這要歸功於一項實驗進行了摩根米切爾和同事在光子科學研究所於巴塞羅那。

 

米切爾的研究小組將發射激光脈衝的樣本超冷銣原子舉行的光學陷阱，測出原子的自旋角動量引起的光子的偏振軸旋轉。

 

在一個線性測量，每個光子將分別與原子相互作用，產生了相對較弱的信號。

 

但是，研究人員做的是進行非線性測量，逐步提高強度的激光脈衝，足以讓每一個光子，以及註冊一個原子的磁性狀態也改變了該原子的電子結構。

 

這又留下了痕跡在未來光子的極化，使放大信號。

 

“我們有一個信號，即不依賴的東西只是我們的宗旨，也是對我們發送，解釋說：”隊員馬里奧納波利塔諾。

 

據納波利塔諾，尚不清楚，一個信號可以在實踐中被放大這種方式，因為它是估計的非線性會增加噪音和信號。

 

但他的團隊能為客戶定制相應的非線性，通過集中的原子和光子之間的相互作用，以一個很小的區域空間和非常精確的頻率調諧的激光，以便它是很好的匹配原子的電子結構。

 

然後通過測量旋轉的光子的偏振使用干涉儀，測量噪聲和測量光子的數量，然後重複這一過程中針對不同的光子數，研究人員能夠證明其敏感性尺度與光子數比縮放在海森堡極限。

 

事實上，他們實現了靈敏度，縮小1 / ñ 3 / 2。

 

 

時鐘和大腦可以受益

納波利塔諾是敏銳地指出，這​​一結果並不意味著海森堡測不准原理是錯誤的，而是表明我們沒有正確地理解如何擴大這一原則到多粒子系統。

 

他還認為，這項工作可能最終有明顯的實際應用，例如改進的原子鐘，由於這種裝置依靠干涉。

 

更重要的是，幾個研究小組正在調查可能的測量大腦電變化通過光探測器的磁性原子放在靠近大腦，以及最新的工作可以加強這方面的技術。

 

喬納森道林，理論物理學家在路易斯安那州立大學在美國表示，最新的工作還可以幫助在尋找引力波。

 

研究人員希望登記引力波“扭曲的空間時，通過測量不同的路徑長度旅遊經歷的激光束在兩個正交管的干涉。

 

道林說，如果美國LIGO探測器可經營與靈敏度，規模為1 / ñ 3 / 2而不是1 / ñ 1 / 2然後或者其靈敏度可大大提高激光功率或大大減少，這將避免潛在加熱和變形的設施的光學系統。

 

“這開闢了一個全新的球賽在非線性干涉，”他補充道。

 

然而，巴里桑德斯，一個量子物理學家在加拿大卡爾加里大學，敦促謹慎。

 

“實驗表明，海森堡極限可以被打在現實世界中，”

 

他說。“但實際應用中不太可能在不久的將來因為技術難題需要克服，尤其是噪音，我們仍在探索利用量子物理學的基本資源進行精確測量。”

 

這項研究發表在自然。

 

關於作者

埃德溫 Cartlidge是一門科學作家總部設在羅馬

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/45535