量子物理学最违反直觉的方面之一是:量子系统与受宏观宇宙日常物理学支配的物理系统不同,它可以同时存在于两种状态,即使这些状态是矛盾的。

挤压薛定谔的猫可能会增加量子敏感性

这被称为叠加,这些状态被描述为重叠的波。叠加是通过不同波的波峰和波谷相遇并相互放大或抵消时产生的相长或相消干涉来解决的,从而产生单个波。

“薛定谔的猫”思想实验完美地体现了这一点,在这个实验中,一只假想的猫被封闭在观察者视野之外,它既是死的又是活的,直到进行测量后叠加态崩塌,导致单一状态自行分解。

尽管矛盾态叠加的概念听起来很疯狂,但这一原理和其他形式的“量子怪异性”却是技术革命的核心,其中包括量子传感器(利用光子的基本特性进行测量)和量子计算机。

例如,在量子计算机中,标准计算机的基本单位“比特”被“量子位”或“量子比特”所取代,它们可以同时存在于多个矛盾状态的叠加中,即薛定谔猫态。

俄罗斯莫斯科独立研究员RanjitSingh和俄罗斯科学院Steklov数学研究所的AlexanderE.Teretenkov在PhysicsOpen上发表了一篇新论文,详细介绍了如何通过使用“压缩”的薛定谔猫态来压缩影响测量的噪声(即随机、不可预测和不良信号),从而提高量子技术的灵敏度。

“如果将压缩薛定谔猫态与扰动介质耦合,则它们可能用于识别小扰动。与没有压缩的薛定谔猫态相比,这种进动可能更具优势,”辛格说。

“我们的理论研究开辟了潜在的方法,通过光学参量处理来增加薛定谔猫态中的光子数量,提高量子灵敏度,并保留薛定谔猫态中存在的干涉。”

他补充说,很难增加薛定谔猫态中的光子数量,但他和Teretenkov发现了一种光学参量过程的机制,可以做到这一点。Singh解释说,所用的参量过程还保留了干涉参数,并在量子系统中“压缩了噪声”。在增加光子数量的同时降低噪声可以提高量子灵敏度。

“压缩薛定谔猫态的应用研究相当有趣。它已经开始迅速发展,并在现代量子物理和量子技术的许多方面大有可为,”他补充道。“压缩态在量子光学中应用广泛,而薛定谔猫态现在正受到科学家和技术人员的广泛关注。”

这项研究不仅具有理论意义,而且可以应用于重要的量子技术,特别是量子传感器。“我们的研究处于现代量子物理学重要趋势的交汇处,”辛格总结道。