测量量子引力的垫脚石

一组理论物理学家，包括格罗宁根大学的两名物理学家，提出了一种可以测量重力波的“台式”设备。但是，他们的实际目的是回答物理学中最大的问题之一：引力是量子现象吗?该设备的关键要素是大物体的量子叠加。他们的设计于8月6日发表在《新物理学》上。

Ryan J. Marshman，Peter F. Barker和Sougato Bose(英国伦敦大学)，Gavin W. Morley(英国沃里克大学)以及Anupam Mazumdar和Steven Hoekstra(荷兰格罗宁根大学被誉为一种测量重力波的新方法。在英国和荷兰工作的物理学家们提出了一种台式探测器，而不是目前的千米大小的LIGO和VIRGO探测器。该设备将比电流检测器对更低的频率敏感，并且很容易将它们指向天空的特定部分，相比之下，电流检测器只能看到固定的部分。

钻石

该设备的关键部分是一颗只有几纳米大小的微小钻石。助理教授阿努帕姆·马祖姆达尔(Anupam Mazumdar)解释说：“在这种钻石中，碳原子之一被氮原子取代了。” 该原子在价带中引入一个自由空间，该自由空间可以充满一个额外的电子。量子理论说，当电子被激光照射时，它可以吸收或不吸收光子能量。吸收能量会改变电子的自旋，这是一个可以向上或向下的磁矩。

“就像薛定ding的猫一样，它既死又活，它的电子自旋既吸收也不吸收光子能量，因此它的自旋向上或向下。” 这种现象称为量子叠加。由于电子是钻石的一部分，因此整个物体(约10 -17千克的质量，对于量子现象来说是巨大的)处于量子叠加状态。

“我们拥有同时具有上下旋转的钻石，” Mazumdar解释说。通过施加磁场，可以分离两个量子态。当这些量子态通过关闭磁场再次聚集在一起时，它们将产生干涉图。“这种干扰的性质取决于两个单独的量子态的传播距离。这可用于测量重力波。” 这些波是空间的收缩，因此它们的通过会影响两个分离状态之间的距离，从而影响干涉图样。

缺少链接

论文表明，这种装置确实可以检测重力波。但这不是Mazumdar和他的同事真正感兴趣的。“一个系统，可以在合理的时间内获得诸如金刚石之类的介观物体的量子叠加，将是真正的突破。” 。“这将允许进行各种测量，其中之一可用于确定引力本身是否是量子现象。” 近一个世纪以来，量子引力一直是物理学中的“缺失环节”。

在2017年发表的一篇论文中，Mazumdar和他的长期合作者Sougato Bose以及其他几位同事建议，可以使用两个介观物体之间的纠缠来确定引力本身是否是量子现象。简而言之：纠缠是一种量子现象，因此当两个仅通过重力相互作用的物体发生纠缠时，这证明了重力是一种量子现象。

技术

“在我们的最新论文中，我们描述了如何创建介观量子叠加。利用其中两个系统，我们能够显示出纠缠。” 但是，正如他们在工作中注意到的那样，单个系统将对重力波敏感，这成为《新物理学杂志》论文的重点。

Mazumdar承认：“构建这些系统的技术可能需要数十年的开发时间。” 需要10 -15 Pascal的真空度，而工作温度应尽可能低，接近绝对零(-273°C)。“ 可以获得实现高真空或低温的技术，但是我们需要同时实现这两种技术。” 此外，磁场必须恒定。“任何波动都会破坏量子叠加。”

自由落体

创建这种系统的回报将是巨大的。“它可以用于例如超低能物理或量子计算等领域的各种测量。” 而且，它当然可以用来确定重力是否是量子现象。Mazumdar，Bose及其同事刚刚上传了另一个预印本，其中描述了如何进行此实验。“确保两个纠缠的物体之间唯一的相互作用是重力Mazumdar解释说，他们之间应该在自由落体下进行实验。他以可见的热情描述了一个深矿中一公里长的下落轴，以减少干扰。应该重复丢弃两个纠缠的介观量子系统，以获得一个可靠的测量。“我认为这可以在我的一生中做到。结果最终将解决物理学中最大的问题之一。”

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