来自美国国家标准与技术研究院（NIST）的物理学家利用“量子压缩”现象来放大和测量单个被捕获的镁离子（带电原子）的万亿分之一米运动。在6月21日出版的《科学》杂志中，NIST通过快速，可逆的挤压方法增强对表面科学应用中极弱电场的感应，检测原子钟等设备中微量光的吸收，该技术还可以加速量子计算机中的操作。

在镁离子的情况下，其运动的测量通常受到离子位置和动量的所谓量子波动的限制，即使离子具有尽可能低的能量，该量子波动也始终发生。挤压操纵这些波动，例如通过在需要改善位置灵敏度时将不确定性从位置推动到动量。

在NIST的方法中，单个离子被保持在平坦的蓝宝石芯片上方30微米的空间中，该蓝宝石芯片覆盖有用于捕获和控制离子的金电极。激光和微波脉冲用于平衡离子的电子和运动到最低能量状态。然后通过以离子前后运动的固有频率的两倍摆动某些电极上的电压来挤压运动。此过程仅持续几微秒。在挤压之后，向离子施加小的振荡电场“测试信号”以使其在3D空间中移动一点点。为了被放大，这种额外的运动需要与挤压“同步”。最后，重复挤压步骤，但现在电极电压与原始挤压电压完全不同步。这种不同步挤压反转了最初的挤压，同时它放大了由测试信号引起的小运动。当该步骤完成时，离子运动的不确定性回到其原始值，但是离子的前后运动大于在没有任何挤压步骤的情况下施加测试信号的情况。为了获得结果，施加振荡磁场以将离子的运动映射到其电子“旋转”状态，然后通过在离子上照射激光并观察其是否发荧光来测量。NIST方法可以放大并快速测量仅50 pm的离子运动，其大小约为最小原子（氢）的十分之一，约为未压缩量子涨落的大小的百分之一。通过重复实验多次并对结果取平均值，可以测量更小的运动。基于挤压的放大技术允许以比原本需要的少53倍的测量来感测给定尺寸的运动。

NIST的新型压缩方法可以提高量子传感器的测量灵敏度，可以更快地产生纠缠，从而加速量子粒子的特性，从而加速量子模拟和量子计算操作。

本文译自https://www.laserfocusworld.com/lasers-sources/article/14035296/nist-quantum-squeezing-and-amplification-technique-advances-quantum-computing

kevin编译编辑

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