LIGO | 将使用量子技术提升引力波探测能力

使用更好的探测器

科学家一直致力于升级LIGO（如下图所示）。现在，引力波探测器将开始使用量子技术来提高性能。

LIGO科学家于2月14日宣布，对LIGO高级激光干涉仪引力波天文台的计划改造将依赖于量子技术，计划的3500万美元的升级，将可以让科学家每天都能捕捉引力波。

LIGO 研究人员在美国科学促进会年会上的一次新闻发布会上表示，LIGO 目前的11个引力波事件，可以在一周内实现，从而超越以往的时耗。

从2024年开始，这台被称为Advanced LIGO Plus的加速探测器将寻求争论已久的海森堡不确定性原理（Heisenberg uncertainty principle），并能提高机器在时空中探测涟漪波的能力。海森堡不确定性原理指出：对于目标状态，我们不可能同时精确地测量某些属性，例如它的位置和动量。

在LIGO中，这可以转化为光科学家监视器中的给予和接收以检测引力波。在位于华盛顿州利文斯顿和华盛顿州汉福德的每个天文台的两个探测器中，激光在两个4公里长的臂中来回反弹，这两个臂布置在“L”形中。科学家们测量了臂相遇并且光束重新组合的光的亮度，以此确定引力波是否通过。

波相遇

在LIGO的探测器（如下图所示）中，来自激光器的光线来回穿过两个臂，然后以波的形式传播。那些光波重新组合并由光检测器记录（右下）。新版本的探测器将努力减少影响这种光的量子波动。

基于量子力学的特性，光有两种波动方式：相位（phase），光波的时间; 并且其振幅（amplitude）决定了光的强度。这种变化能混淆LIGO的测量结果，从而更难找出引力波的细微信号。因此，在LIGO的下一轮升级操作中，即4从月开始，因光的相位波动减小，研究人员将首次采用量子“压缩”光。因此，LIGO将更好地捕获更高频率的波 ，如果将其转换为声波，则能呈现更高音调的波纹。

加州理工学院和麻省理工学院LIGO实验室的物理学家Michael Zucker在新闻发布会上表示，“这令人兴奋，但却带来了反作用力。”因为光功率的波动增加，就会使得测量较低频率的引力波更加困难。“这不能总说海森堡不确定性原则这样的一个借口。”

但在高级LIGO Plus中，科学家们将使用一种能够充分利用两个世界（经典和量子）的系统，以较低频率信号的方式挤压光线，为较高频率信号压缩另一种方式，从而提高机器的整体性能。“这是复杂性的又一步，”威尔士卡迪夫大学的物理学家Hartmut Grote说。Grote在位于德国汉诺威附近的一个名为GEO 600的小型引力波探测器中帮助开拓了光挤压技术。

与此同时，印度的另一款名为LIGO-India的探测器预计也将与Advanced LIGO Plus大致同时期开启，并采用相同的量子技术。

Qubitlab_Wong | 整理

Yoking | 编辑

量豆豆 | 校对

本文由量子客整理发布，欢迎署名转载!

END

以 第 一 线 视 角 为 您 解 读

量 子 科 技 的 前 沿 技 术

▽

QTUMIST ◆ 量子客

www.qtumist.com