科学探索|MIT物理学家利用量子“时间逆转”来检测引力波和暗物质( 二 ) MIT物理学家利用量子“时间逆

在20世纪80年代，理论家们预言，如果一个系统的哈密顿学说被颠倒过来并让同一个量子系统去演化，就好像这个系统回到了过去一样。
“在量子力学中，如果你知道哈密顿算符，那么你就可以通过时间来追踪系统正在做什么，就像一个量子轨迹，”Pedrozo-Pe?afiel解说道：“如果这种演化是完全量子化的，量子力学告诉你，你可以去演化或回到初始状态。”
“而这个想法是，如果你能逆转哈密顿算符的信号，那么如果你回到过去，系统向前演变后发生的每一个小扰动都会被放大，”Colombo补充道。

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据了解，该团队研究了400个超冷的镱原子，这是今天的原子钟中使用的两种原子类型之一。他们将原子冷却到仅高于绝对零度的温度。在这个温度下，大多数经典效应如热量都会消失，原子的行为完全受量子效应支配。
研究小组使用一套激光器系统来捕获原子，然后发出带蓝色的“纠缠”光迫使原子在相关的状态下进行振荡。他们让纠缠的原子在时间上向前发展，然后将它们暴露在一个小的磁场中，这引入了一个微小的量子变化并稍微改变了原子的集体震荡。
这种转变不可能用现有的测量工具来检测。相反，研究小组应用时间逆转来提高这一量子信号。为了做到这一点，他们发送了另一个红色的激光以刺激原子分离，就像它们在时间上向后演变一样。
然后，他们测量了粒子的振荡，因为它们回到了未纠缠的状态并发现它们的最终阶段跟初始阶段明显不同--这清楚地证明了在它们向前演变的某个地方发生了量子变化。
研究小组重复了这个实验数千次，云层范围从50到400个原子，每次都观察到预期的量子信号的放大。他们发现他们的纠缠系统比类似的未纠缠的原子系统要敏感14倍。如果他们的系统被应用于目前最先进的原子钟，那么它将减少这些时钟所需的测量次数--减少15倍。
展望未来，研究人员希望在原子钟上测试他们的方法及在量子传感器中测试暗物质等。
Vuletic说道：“漂浮在地球上的一团暗物质可以改变当地的时间，一些人所做的是将澳大利亚的时钟跟欧洲和美国的其他时钟进行比较，看看他们是否能够发现时间流逝方式的突然变化。我们的技术正好适合于此，因为你必须测量云层飞过时快速变化的时间变化。”