因斯布魯克的物理學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)星導航或數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用至關(guān)重要，最近通過在光學原子鐘中使用更高的振蕩頻率來改進。

現(xiàn)在，因斯布魯克大學和奧地利科學院量子光學和量子信息研究所(IQOQI)的科學家們展示了一種創(chuàng)造糾纏的特殊方法如何被用來進一步提高光學原子鐘功能中測量的準確性。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�！痹诿绹�博爾德JILA的理論家Ana Maria Rey的支持下，因斯布魯克的物理學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。

更準確的時鐘

通過他們的實驗，因斯布魯克量子物理學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。