““量子压缩”升级LIGO 每周都可以发现新引力波”

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年9月，位于美国的激光干涉引力波观测器( ligo )首次检测到引力波，验证了爱因斯坦提出的百年猜想，人类天文学开启了引力波时代。

日前，来自麻省理工、加州理工、澳大利亚国立大学的联合小组在《物理评论快报》上宣布，在ligo上安装了量子真空压缩器这一神秘武器，明显提高了其检测能力。 根据麻省理工学院的官方报道，今年4月以来，ligo通过该设备的附加，捕获了数十次引力波信号。

量子噪声干涉ligo测量

ligo使用l型探测器感知引力波。 每个探测器都有2.5英里(约4公里)长，由相互垂直的长臂真空管组成。 光源发射激光，经过分光器分成两半，分别进入长臂，由其末端的反射镜反射后返回原路。

根据激光干涉的原理，通过这两个光束返回的激光将被抵消，探测器将无法接收信号。 但是，引力波撞击地球后，它扭曲的时候空会暂时加长ligo的一只手臂，缩短一只手臂，这种有节奏的拉伸和压缩变形会持续到引力波通过为止。 此时，2束激光不返回。 没有被抵消，探测器接收返回闪光信号。

但是，理想很丰满，现实很骨气。 正如麻省理工学院研究生、论文主要作者玛吉所说，激光不是连续的光流，而是由单一光子组成的喧闹矩阵，每个光子都受到真空波动的影响。 光子会按时到达探测器，但会形成一些快、一些慢、有一定宽度的钟形曲线。

引力波通过时，ligo臂的长度会变化到质子宽度的万分之一以下。 探测系统必须足够敏感才能准确地测量激光信号，结果，一些未按时到达的光子也会引起闪光，产生伪引力波信号，即所谓的量子噪声。

为了不发出假警报，ligo设定了手臂长度的变化超过量子噪声范围才能评价引力波的到来，这无疑限制了对更远、强度更弱的引力波的检测。

降低量子压缩量子噪声

量子压缩是20世纪80年代提出的概念，其基本思想是量子真空噪声可以表现为沿相位和振幅两主轴的不确定球。 这个球体就像应力球，会被压缩。 当球体沿相位轴收缩时，相位状态的不确定性，即光子到达时间的不确定性减少，但振幅状态的不确定性，即光子到达数的不确定性增加。

的不确定性是ligo量子噪声的第一影响因素，因此沿相位方向压缩可以使探测器对引力波更敏感。 麻省理工学院的研究小组从15年前开始设计量子真空压缩器，揭示更微弱、更遥远的引力波信号。 年，早期的压缩器位于汉福特的探测器上进行了测试，取得了一定的效果。

之后，逐步改进了量子真空压缩器。 其核心是光学参数振荡器，是蝴蝶结形状的装置，中心是小晶体，周围被反射镜包围。 激光通过晶体原子后，光子的振幅和相位重新排列，达到压缩真空，光子的到达时间变动减小。

安装量子真空压缩器后，ligo的探测距离将延长15%，超过4亿光年，引力波的发现速度将提高50%，达到每周可能发现新引力波的阶段。 ligo的同事、位于意大利的处女座( virgo )引力波探测器也安装了类似的设备，探测距离提高了5% 8%，引力波发现速度增加了16% 26%。 此外，压缩器还能准确确定引力波源的位置，有助于天文学家进行后续观测。

麻省理工学院卡尔弗利天体物理学和空间研究所首席科学家丽莎·帕蒂表示，此次改进将使ligo的下一次升级能够将引力波探测速度提高5倍以上。