重新定义测量精度的“极限” 学术资讯

研究人员新提出的基于非经典状态的方法，可同时适应两个测量参数，这将使分子的精确测量成为可能，从而揭示传统物质与暗物质之间的相互作用。几个世纪以来，人类通过对光和物质越来越精确地测量拓展了对世界的认识。目前，量子传感器已经“进化”得非常精确，它的灵敏度，可能只有真的“进入”量子力学的迷人世界才能领略到。例如物理学中的“迭加”现象——物体可以同时出现在两个地方，同一个原子可以同时拥有两个不同的能级。

制造和控制类似的非经典状态是极为复杂的。由于灵敏度要求较高，这类测量很容易受到外部条件干扰。此外，非经典状态还必须适应特定的测量参数。德国汉诺威莱布尼茨大学、联邦物理技术研究院、意大利国家光学研究所研究人员Fabian Wolf说：“不幸的是，这常常导致其它相关参数的不准确性又增加了。相关概念与海森堡测不准原理密切相关。”eurekalert.org网站7月2日报道，Wolf团队通过引入一种基于非经典状态的方法，可同时用于两个测量参数。相关成果刊登于《自然通讯》杂志。

Wolf等进行的实验可以被简化想象成量子力学版本的单摆。此处需适应的测量参数为单摆的振幅和频率。单摆主要包含嵌入“离子阱”的单个镁离子。在激光的作用下，研究人员可以将镁离子冷却至量子力学系统的基态。由此，可以产生运动的“Fock态”，并通过外力作用使单个原子摆产生振荡行为。通过该方法，Wolf等就能以超高灵敏度测量振幅和频率了。与之前的类似实验相比，两种测量参数都无需调整至非经典状态。采用新方法，研究人员可以在分辨率不变的情况下，将测量时间缩短一半，或者在测量时间不变的情况下，将分辨率提高一倍。高分辨率对与运动状态改变有关的光谱技术尤为重要。新技术使研究人员能在分子受到过强激光照射之前分析其状态。Wolf说：“分子的精确测量可以揭示传统物质与暗物质之间的相互作用。这将极大推进当代物理学的解密工作。”据研究人员介绍，Wolf团队提出的测量概念还可以用于提高引力波探测器的分辨率，从而为人类了解宇宙起源提供帮助。

科界原创

编译：雷鑫宇

审稿：阿淼

责编：张梦

期刊来源：《自然通讯》

期刊编号：2041-1723

原文链接：

https://www.eurekalert.org/multimedia/pub/205242.php