開創性實驗測量地球自轉對量子糾纏的影響

薩格納克干涉儀2公里長的光纖纏繞在邊長1.4米的方形鋁制框架上。
圖片來源：奧地利維也納大學

科技日報北京6月16日電 （記者張佳欣）奧地利維也納大學的研究人員進行了一項開創性實驗，測量了地球自轉對量子糾纏的影響。這項14日發表在《科學進展》雜志上的研究，突破了基于糾纏的傳感器中旋轉靈敏度的界限，將為進一步探索量子力學和廣義相對論的交叉點奠定基礎。

光學薩格納克干涉儀在測量旋轉時已經非常靈敏，但是基于量子糾纏的干涉儀具有進一步提高這種靈敏度的潛力。量子糾纏是一種現象，其中兩個或多個粒子共享一種狀態，即使它們被遠距離分開，其中一個粒子的測量也會影響另一個粒子的狀態。

研究團隊建造了一個巨大的光學薩格納克干涉儀，并在數小時內將噪聲保持在低而穩定的水平。這使得他們能夠檢測到足夠高質量的糾纏光子對，相比以前的光學薩格納克干涉儀，旋轉精度提高了1000倍。

在實際實驗中，兩個糾纏光子在巨大線圈上纏繞的2公里長的光纖內傳播，實現了一個有效面積超過700平方米的干涉儀。針對地球自轉，研究人員還設計了一個巧妙的方案：將光纖分成兩個等長的線圈，并通過一個光學開關將它們連接起來。通過打開和關閉開關，可有效地根據需要取消旋轉信號，并延長大型設備的穩定性。這種方式就像“欺騙”光，讓它認為處于一個非旋轉的宇宙中。

利用這項實驗，研究人員觀察到了地球自轉對最大糾纏雙光子態的影響。這證實了愛因斯坦狹義相對論和量子力學中描述的旋轉參考系和量子糾纏之間的相互作用。

研究人員表示，該研究結果和方法將為進一步提高基于量子糾纏的傳感器旋轉靈敏度奠定基礎，可能會為未來通過時空曲線測試量子糾纏行為的實驗開辟道路。