量子压缩器是一种新型的技术装置，能够大大提高探测器的精度，并能够识别出更多的黑洞碰撞引力波。通过利用量子力学原理，量子压缩器能够在探测和分析引力波时极大地增加信噪比，提高数据采集的效率，从而更准确地发现和识别引力波信号。其在天体物理和宇宙学领域的应用潜力巨大，将为科学家们提供更多关于宇宙起源和结构的重要信息。这一技术的突破性意义在于为我们带来更加深入的宇宙探测和研究，为解密宇宙奥秘提供了前所未有的可能。
海森堡测不准原理指出，物体的位置不能无限精确地知道，因为物体动量是完全不确定的。这种动量不确定性随后导致未来测量中的位置不确定性。当连续测量物体的位置时，这种被称为反向作用的量子效应限制了可达到的精度。在干涉仪型引力波探测器中，这种反向作用效应表现为量子辐射压力噪声(QRPN)，并将最终(但还没有)限制灵敏度。在本研究中提出了使用量子工程光态来直接操纵系统中的量子反作用。
在系统中它在10-50 kHz范围内占主导地位，观察到量子反作用噪声降低了1.2 dB。这一实验是实现未来干涉型引力波探测器QRPN降低和提高灵敏度的关键一步。本研究的澳大利亚国立大学的科学家们找到了一种，更好地探测宇宙中所有恒星质量黑洞碰撞的方法。恒星质量黑洞是由恒星的引力塌陷形成，它们的碰撞是宇宙中最剧烈的事件之一，能在时空中产生引力波（时空的涟漪）。这些时空的涟漪很小，要使用激光干涉仪才能检测到。到目前为止，许多信号会被激光上所谓的量子噪声所淹没（推着激光干涉仪的镜面）使测量变得模糊或不精确。
该新方法被称为“挤压”，抑制量子噪声，使测量更加精确，其研究结果发表在《自然光子学》上，这一突破将对下一代探测器至关重要，这些探测器预计将在未来内上线。参与其中的研究人员之一罗伯特·沃德博士(Dr.Robert Ward)表示：正在准备进一步的实验，以确认该团队对一种新设备的概念证明，这种新设备可以抑制量子噪声的影响。来自ANU物理研究学院和ARC引力波发现卓越中心(OzGrav)的Ward博士说：探测器使用被称为来自激光束的光子，来感应相隔很远的镜子的位置变化。
然而，探测器非常敏感，光是光子数量的随机量子变化就能干扰反射镜，足以掩盖引力波引起的运动。研究人员已经表明，挤压降低了这种变异性，使探测器更灵敏。先进激光干涉引力波天文台(LIGO)探测器和欧洲引力天文台在意大利的探测器Virgo探测到了两个黑洞合并，两颗中子星的碰撞，可能还有吞噬一颗中子星的黑洞。ANU在澳大利亚与LIGO的伙伴关系中起着主导作用，量子压缩器团队的其他成员包括David McClelland教授、博士学者Min Jet Yap和Bram Slagmolen博士。
Slagmolen博士表示：我们ANU设计的‘量子压缩器’，以及对现有LIGO探测器的其他升级，已经极大地提高了它们的传感能力。最新的实验证明，科学家可以抵消其他量子噪声，这些噪声会影响探测器的传感能力。新一代LIGO探测器将有能力在任何给定时刻探测宇宙中的每一个黑洞碰撞。LIGO团队计划在未来几年内设计和制造升级的量子压缩器，新的装置可以改装到目前的LIGO探测器上，使科学家能够探测到更远宇宙中更多的碰撞事件。
博科园｜研究/来自：澳大利亚国立大学
参考期刊《自然光子学》
DOI: 10.1038/s41566-019-0527-y
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