Nature子刊：量子态“四次压缩”首次实现！

近日，牛津大学的物理学家在量子物理学领域取得一项里程碑式突破，他们首次成功实现了“四次压缩”——一种极为高阶的量子相互作用。这项成果不仅创造了全新的量子态，更为量子模拟、精密测量和量子计算开辟了前所未有的可能性。研究论文于5月1日发表在《自然物理学》（Nature Physics）杂志上。

许多物理系统的行为类似于微小的振荡物体，如弹簧或钟摆。在量子物理学中，这些被称为量子谐振子，广泛存在于光波、分子振动乃至单个捕获原子的运动中。控制这些振荡对于现代量子技术至关重要。其中，“压缩”是一种核心技术——量子力学对位置和动量等属性对的测量精度施加了根本限制，而压缩通过降低一个属性的不确定性、同时增加另一个属性的不确定性，重新分配这种测量误差。压缩光已被应用于LIGO引力波探测器以提高灵敏度。

然而，物理学家长期追求更复杂的压缩形式——三次压缩和四次压缩。这些高阶效应极其微弱，容易被噪声淹没，因此难以实现。牛津大学团队提出了一种全新的方法：将两种精确控制的力作用于同一个捕获离子。这两种力各自产生简单效果，但当它们同时施加时，由于一种称为“非对易性”的量子效应——即作用顺序和组合方式改变结果——它们相互放大，产生更强、更复杂的相互作用。
通过调节力的频率、相位和强度，研究人员可以在不同压缩模式间切换。他们成功产生了标准压缩、三次压缩，以及在任何平台上首次实现的四次压缩。值得注意的是，四次压缩相互作用的产生速度比传统方法快一百倍以上，使以往遥不可及的量子效应变得切实可行。测量结果清晰地显示了对应二阶、三阶和四阶压缩的不同模式，证实了每种相互作用都已成功实现。

研究团队正将这一方法拓展到更复杂的多模式系统。由于该技术基于许多量子平台已有的工具，它有望成为探索高阶量子行为、开发下一代量子技术的通用手段。正如研究合著者Raghavendra Srinivas博士所言：“我们展示了一种新型相互作用，使我们能够在未知领域探索量子物理学，我们对即将到来的发现感到非常兴奋。”
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