牛津大学的科学家首次发现了四阶量子相互作用，开启了探索宇宙本质的新视野

量子突破：首次实现“四重压缩”

*牛津大学的科学家发现了一种新的量子相互作用，可能提升传感器和模拟器的精度。*

什么是量子力学中的压缩？

在经典物理中，可以同时准确测量一个对象的位置和速度。而在量子世界，这不可能——海森堡不确定性原理限制了对电子坐标及其速度的同时了解。

当我们“压缩”其中一种量（例如降低位置测量误差）时，概率分布会改变：从圆形变为椭圆。这已经比经典情况更细腻。

研究人员提出了什么新内容？

牛津团队首次展示了四重压缩——第四阶量子相互作用。

- 与已在引力波探测器中使用的“普通”二阶压缩不同，四重压缩产生更复杂形状的概率分布：不是椭圆，而是“花瓣与刺”。

- 这种状态可以检测更弱的信号，为超灵敏传感器打开道路。

如何实现？

1. 实验系统——单个被捕获离子。

2. 对离子施加两种可控激光力（频率、相位和幅度不同）。

- 每种力单独作用只产生线性效应。

- 它们的非交换相互作用产生强烈的第四阶量子非线性效果。

3. 可以调节力参数，以“关闭”不需要的效应并激活所需的压缩类型。

结果：四重压缩的生成速度比传统方法快超过100倍。

验证与前景

- 离子的运动量子态被重建，证实了不同阶相互作用对应的特征形状。

- 研究人员正在将该方法扩展到多模系统，并应用于其他量子平台：超导电路、冷原子等。

- 该方法已用于生成叠加压缩态和模拟晶格校准理论。

这意味着什么？

- 量子仿真获得了创建复杂量子状态的新工具。

- 超高精度传感器可能变得更灵敏，这对引力波观测及其他高精度测量至关重要。

- 控制第四阶相互作用的能力为量子计算开启新的视野。

因此，四重压缩是利用“沉重”量子相互作用解决先前被认为不可行的实际问题的第一步。