Los experimentos con espejos de ondas gravitacionales pueden evolucionar hacia entidades cuánticas

Esquema de un interferómetro láser utilizado para observar ondas gravitacionales. Si la incertidumbre cuántica de la presión de radiación de la luz es la fuerza dinámica dominante que actúa sobre los espejos, surge un objeto cuántico común del espejo y del haz de luz reflejado. En este caso, la sensibilidad del interferómetro es óptima al medir cambios en las posiciones de los espejos debido a las ondas gravitacionales. Crédito: Alexander Franzen

Los experimentos físicos cuánticos que exploran el movimiento de cuerpos macroscópicos o pesados ​​bajo fuerzas gravitatorias requieren protección contra cualquier ruido ambiental y detección altamente eficiente.

Un sistema ideal es un espejo altamente reflectante cuyo movimiento es detectado por luz monocromática, que es detectada fotoeléctricamente con alta eficiencia cuántica. Se logra un experimento de optomecánica cuántica si las incertidumbres cuánticas de la luz y el movimiento del espejo se influyen mutuamente, lo que en última instancia conduce a la observación del entrelazamiento entre los grados de libertad ópticos y de movimiento.

En Ciencia cuántica AVS, investigadores de la Universidad de Hamburgo en Alemania revisan la investigación sobre detectores de ondas gravitacionales como un ejemplo histórico de tecnologías cuánticas y examinan la investigación fundamental sobre la conexión entre la física cuántica y la gravedad. La astronomía de ondas gravitacionales requiere sensibilidades sin precedentes para medir las diminutas oscilaciones del espacio-tiempo en frecuencias de banda de audio e inferiores.

El equipo examinó experimentos recientes de ondas gravitacionales y demostró que es posible proteger objetos grandes, como un espejo de cristal de cuarzo de 40 kilogramos que refleja 200 kilovatios de luz láser, de fuertes influencias del entorno térmico y sísmico para permitirles evolucionar como un solo cuántico. objeto.

“El espejo percibe solo la luz, y la luz solo el espejo. Básicamente, el entorno no está ahí para ellos dos”, dijo el autor Roman Schnabel. “Su evolución conjunta está descrita por la ecuación de Schrödinger”.

Este desacoplamiento del entorno, que es fundamental para todas las tecnologías cuánticas, incluida la computadora cuántica, permite sensibilidades de medición que de otro modo serían imposibles.

La revisión de los investigadores se cruza con el trabajo del premio Nobel Roger Penrose sobre la exploración del comportamiento cuántico de los objetos masivos. Penrose buscó comprender mejor la conexión entre la física cuántica y la gravedad, que sigue siendo una pregunta abierta.

Penrose pensó en un experimento en el que la luz se acoplaría a un dispositivo mecánico a través de la presión de la radiación. En su revisión, los investigadores muestran que, si bien estas preguntas fundamentales de la física siguen sin resolverse, el acoplamiento altamente blindado de dispositivos masivos que reflejan la luz láser está comenzando a mejorar la tecnología de sensores.

En el futuro, es probable que los investigadores exploren más el desacoplamiento de los detectores de ondas gravitacionales de las influencias del medio ambiente.

En términos más generales, el desacoplamiento de los dispositivos cuánticos de cualquier intercambio de energía térmica con el medio ambiente es clave. Se requiere para dispositivos de medición cuántica, así como para computadoras cuánticas.


Los físicos desarrollan un método para mejorar la sensibilidad del detector de ondas gravitacionales


Más información:
Mecánica cuántica macroscópica en observatorios de ondas gravitacionales y más allá, Ciencia cuántica AVS2022. aip.scitation.org/doi/full/10.1116/5.0077548

Proporcionado por el Instituto Americano de Física

Citación: Los experimentos con espejos de ondas gravitacionales pueden evolucionar hacia entidades cuánticas (15 de marzo de 2022) consultado el 16 de marzo de 2022 en https://phys.org/news/2022-03-gravitational-mirror-evolve-quantum-entities.html

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