重新定義測量精度的「極限」

研究人員新提出的基於非經典狀態的方法，可同時適應兩個測量參數，這將使分子的精確測量成為可能，從而揭示傳統物質與暗物質之間的相互作用。幾個世紀以來，人類通過對光和物質越來越精確地測量拓展了對世界的認識。目前，量子感測器已經「進化」得非常精確，它的靈敏度，可能只有真的「進入」量子力學的迷人世界才能領略到。例如物理學中的「迭加」現象——物體可以同時出現在兩個地方，同一個原子可以同時擁有兩個不同的能級。

製造和控制類似的非經典狀態是極為複雜的。由於靈敏度要求較高，這類測量很容易受到外部條件干擾。此外，非經典狀態還必須適應特定的測量參數。德國漢諾威萊布尼茨大學、聯邦物理技術研究院、義大利國家光學研究所研究人員Fabian Wolf說：「不幸的是，這常常導致其它相關參數的不準確性又增加了。相關概念與海森堡測不準原理密切相關。」eurekalert.org網站7月2日報道，Wolf團隊通過引入一種基於非經典狀態的方法，可同時用於兩個測量參數。相關成果刊登於《自然通訊》雜誌。

Wolf等進行的實驗可以被簡化想像成量子力學版本的單擺。此處需適應的測量參數為單擺的振幅和頻率。單擺主要包含嵌入「離子阱」的單個鎂離子。在激光的作用下，研究人員可以將鎂離子冷卻至量子力學系統的基態。由此，可以產生運動的「Fock態」，並通過外力作用使單個原子擺產生振蕩行為。通過該方法，Wolf等就能以超高靈敏度測量振幅和頻率了。與之前的類似實驗相比，兩種測量參數都無需調整至非經典狀態。採用新方法，研究人員可以在解析度不變的情況下，將測量時間縮短一半，或者在測量時間不變的情況下，將解析度提高一倍。高解析度對與運動狀態改變有關的光譜技術尤為重要。新技術使研究人員能在分子受到過強激光照射之前分析其狀態。Wolf說：「分子的精確測量可以揭示傳統物質與暗物質之間的相互作用。這將極大推進當代物理學的解密工作。」據研究人員介紹，Wolf團隊提出的測量概念還可以用於提高引力波探測器的解析度，從而為人類了解宇宙起源提供幫助。

科界原創

編譯：雷鑫宇

審稿：阿淼

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