重新定義測量準確度的極限

發布日期:2019年10月10日

德國物理技術研究院(PTB)、萊布尼茲大學QUEST研究所、萊布尼茲大學理論物理研究所和意大利國家光學研究院的科學家共同引入了一種基于同時適應兩個測量參數非經典態的方法,這將實現對揭示普通物質與暗物質之間相互作用分子的精確測量。這一研究結果發表在《自然通訊》雜志中。

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重新定義測量準確度的極限

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幾個世紀以來,人類通過越來越精確地測量光和物質來加深對世界的了解。如今,量子傳感器可實現極其精確的測量。比如原子鐘的發展,最好的原子鐘預計能夠實現三百億年不差一秒。引力波也可以使用光學干涉儀通過量子傳感器進行探測。

量子傳感器可以達到根據傳統物理學定律不可能實現的靈敏度,但是只有進入量子力學世界才能達到這種靈敏度,比如量子疊加態,即物體可以同時處于兩個位置,或者原子可以同時有兩種不同能級。

生成和控制這些非經典態極為復雜,需要很高的靈敏度,因此相關的測量非常容易受到外部干擾。此外,非經典態必須適應特定的測量參數,這通常會增加其他相關參數的測量不準確性,這一概念與海森堡的不確定度原理密切相關。目前,來自PTB、萊布尼茲大學和意大利國家光學研究院的科學家組成了研究團隊,引入了一種基于同時適應兩個測量參數非經典態的方法。

研究團隊使用這種新方法將測量時間減少一半,而分辨率仍保持不變,即在固定測量時間內將分辨率提高一倍。高分辨率對于基于改變運動狀態的光譜技術非常重要。在這種特殊情況下,研究人員打算通過激光照射刺激分子運動來分析單個分子離子。新程序能幫助他們在過強的激光照射破壞前分析分子狀態。分子精確測量能夠揭示普通物質與暗物質之間的相互作用,這將對解決當代物理學中最大的謎團之一做出巨大貢獻。研究人員首次展示的這種測量概念還能夠用于提升引力波探測器等光學干涉儀的分辨率,為宇宙起源的研究提供更深刻的視角。

(譯:車薇娜 / 圖:PTB網站)

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