牛津物理学家首次实现量子“四重压缩”突破

许多物理系统（如光波、分子振动、单个被囚禁的原子）的行为类似于微小的弹簧或单摆，在量子力学中被称为量子谐振子。精确调控这类振荡对现代量子技术至关重要，例如引力波探测器LIGO就已使用‘压缩光’来提升灵敏度。所谓‘压缩’，是量子力学中一种调控测量不确定性的方法：它不降低总不确定性，而是把位置与动量等成对物理量的不确定度重新分配——让一个更准，另一个变模糊。但传统压缩仅限于二阶（即标准压缩），更高阶的三阶（trisqueezing）和四阶（quadsqueezing）因效应极弱、极易被噪声淹没，长期未能实现。牛津团队另辟蹊径，用2021年提出的理论作指导，在单个囚禁离子上同时施加两个精心调控的力。这两个力单独作用时效果简单，但因具备‘非对易性’（即作用顺序影响最终结果，这是量子系统的典型特征），合起来反而能相互放大，产生更强、更复杂的高阶效应。实验中，他们通过调节力的频率、相位和强度，灵活切换出二阶、三阶乃至人类首次实现的四阶压缩态；其中四阶效应生成速度比传统方法快100倍以上。研究团队还通过重建离子的量子运动轨迹，清晰观测到对应各阶压缩的独特信号模式，确凿证实了成果。该技术不依赖特殊设备，可推广至多模态系统，并已与离子自旋的中电路测量结合，用于灵活制备压缩态组合及模拟格点规范场理论。这不仅创造出新量子态，更开辟了一条工程化设计过去‘遥不可及’量子相互作用的新路径。