JILA的研究团队首次实现了一种由700个原子组成的腔量子电动力学系统中的物质波干涉仪，可以以超越标准量子极限的精度测量加速度。该成果于10月19日发表在《自然》杂志上。
当今最精密和最精确的量子传感器之一是物质波干涉仪。人们利用光脉冲，通过吸收和未吸收激光，使原子团同步运动或不运动。这会导致原子随着时间的推移同时出现在两个不同的地方。正如研究生Chengyi Luo所解释的那样：“我们将激光照射到原子上，从而将每个原子的量子波包一分为二，换句话说，粒子实际上同时存在于两个独立的空间中。”随后的激光脉冲逆转了这一过程，将量子波包重新聚集在一起，从而使环境中的任何变化，如加速或旋转，都可以通过原子波包的两个部分发生的可测量的干扰来感知，这很像是对普通干涉仪中的光场所做的操作，但这里是德布罗意波，即由物质组成的波。
在伽利略的重力实验的量子版本中，JILA的研究团队可以测量原子在重力作用下沿着垂直方向的空腔落下的距离，但同时具有量子特性带来的精准度。通过学习如何在光学腔内操作物质波干涉仪，研究团队能够利用光与物质的相互作用在不同原子之间产生纠缠，从而更少噪声、更精确地测量重力引起的加速度。这是第一次有人能够以超过标准量子极限的精确度构建物质波干涉仪。他们演示了量子非破坏测量和腔自旋相互作用产生的动量压缩态的直接观测，灵敏度分别为低于标准量子极限的约3.4dB和2.5dB。他们成功地将纠缠态注入到Mach-Zehnder干涉仪中，其直接观测灵敏度低于标准量子极限约1.7dB。在这个方法中，粒子的离域性和纠缠特性的结合可能会影响增强型惯性传感器的发展。
由于精度的提高，研究人员看到了未来利用纠缠作为量子传感资源的许多好处。Thompson说，我认为有一天我们能够将使用纠缠的物质波干涉仪用于探测太空中的引力波，或用于暗物质搜索等基础物理研究领域，以及用于日常设备，如导航或地理测绘。
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https://www.nature.com/articles/s41586-022-05197-9
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