Квантовые физические эксперименты, изучающие движение макроскопических или тяжелых тел под действием гравитационных сил, требуют защиты от любых шумов окружающей среды и высокоэффективного зондирования.
Идеальная система - это хорошо отражающее зеркало, движение которого воспринимается монохроматическим светом, который регистрируется фотоэлектрически с высокой квантовой эффективностью. Квантовый оптомеханический эксперимент достигается, если квантовые неопределенности движения света и зеркала влияют друг на друга, что в конечном итоге приводит к наблюдению запутанности между оптическими и двигательными степенями свободы.
В AVS Quantum Science, совместно опубликованном AIP Publishing и AVS, исследователи из Гамбургского университета в Германии рассматривают исследования детекторов гравитационных волн как исторический пример квантовых технологий и анализируют фундаментальные исследования связи между квантовой физикой и сила тяжести. Астрономия гравитационных волн требует беспрецедентной чувствительности для измерения крошечных колебаний пространства-времени на частотах звукового диапазона и ниже.
Команда изучила недавние эксперименты с гравитационными волнами, показав, что можно защитить большие объекты, такие как 40-килограммовое зеркало из кварцевого стекла, отражающее 200 киловатт лазерного излучения, от сильных воздействий термической и сейсмической среды, чтобы позволить им эволюционировать как один квантовый объект.
«Зеркало воспринимает только свет, а свет - только зеркало. Для них двоих окружающей среды в принципе нет», - сказал автор Роман Шнабель. «Их совместная эволюция описывается уравнением Шрёдингера».
Это отделение от окружающей среды, которое является центральным для всех квантовых технологий, включая квантовый компьютер, обеспечивает чувствительность измерений, которая в противном случае была бы невозможна.
Обзор исследователей пересекается с работой лауреата Нобелевской премии Роджера Пенроуза по изучению квантового поведения массивных объектов. Пенроуз стремился лучше понять связь между квантовой физикой и гравитацией, которая остается открытым вопросом.
Пенроуз придумал эксперимент, в котором свет будет соединяться с механическим устройством посредством радиационного давления. В своем обзоре исследователи показывают, что хотя эти очень фундаментальные вопросы физики остаются нерешенными, высокоэкранированная связь массивных устройств, отражающих лазерный свет, начинает улучшать сенсорную технологию.
Двигаясь вперед, исследователи, вероятно, изучат дальнейшее отделение детекторов гравитационных волн от влияния окружающей среды.
В более широком смысле ключевое значение имеет отделение квантовых устройств от любого обмена тепловой энергией с окружающей средой. Он требуется для устройств квантовых измерений, а также для квантовых компьютеров.