为先进量子传感器铺平道路

世界各地的计量机构使用基于原子自然振荡的原​​子钟来管理我们的时间。这些时钟对于卫星导航或数据传输等应用至关重要，最近通过在光学原子钟中使用更高的振荡频率而得到改进。现在，因斯布鲁克大学和由 Christian Roos 领导的奥地利科学院量子光学和量子信息研究所 (IQOQI) 的科学家们展示了如何使用一种产生纠缠的特殊方法来进一步提高测量积分的准确性。光学原子钟的功能。

实验中测量误差减半

量子系统的观测总是受到一定的统计不确定性的影响。“这是由于量子世界的本质造成的，”克里斯蒂安·鲁斯团队的约翰内斯·弗兰克解释道。“纠缠可以帮助我们减少这些错误。” 在博尔德 JILA 理论家 Ana Maria Rey 的支持下，因斯布鲁克的物理学家在实验室中测试了纠缠粒子系的测量精度。研究人员使用激光来调整真空室中排列并纠缠的离子的相互作用。“相邻粒子之间的相互作用随着粒子之间距离的增加而减弱。因此，我们利用自旋交换相互作用来让系统表现得更加集体。”因斯布鲁克大学理论物理系的 Raphael Kaubrügger 解释道。因此，链中的所有粒子都相互纠缠并产生所谓的压缩量子态。利用这一点，物理学家能够证明，通过将 51 个离子与单个粒子纠缠在一起，测量误差可以大致减半。此前，纠缠增强传感主要依赖于无限的相互作用，限制了其仅适用于某些量子平台。

更准确的时钟

通过他们的实验，因斯布鲁克的量子物理学家能够证明量子纠缠使传感器更加灵敏。“我们在实验中使用了原子钟中也采用的光学跃迁，”克里斯蒂安·鲁斯说。这项技术可以改善目前使用原子钟的领域，例如卫星导航或数据传输。此外，这些先进的时钟可以为寻找暗物质或确定基本常数随时间变化等研究开辟新的可能性。

克里斯蒂安·罗斯和他的团队现在想要在二维离子系综中测试这种新方法。目前的结果发表在《自然》杂志上。在同一期中，研究人员利用中性原子发表了非常相似的结果。因斯布鲁克的这项研究得到了奥地利科学基金会 FWF 和奥地利蒂罗尔工业联合会等机构的资助。

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