没有测量，科学就无法实现或理解任何事物。如今，得益于量子传感技术的进步，科学家可以测量曾经无法想象的事物：原子的振动、单个光子的性质、与引力波相关的波动。

人们普遍认为，一种名为“自旋压缩”的量子力学技巧有望增强世界上最精确的量子传感器的功能，但众所周知，实现起来非常困难。在一项新研究中，哈佛大学的物理学家描述了他们如何让自旋压缩变得更加容易实现。

自旋压缩是一种量子纠缠，它限制了粒子群的波动方式。这使得某些可观测信号的测量更加精确，但代价是无法更精确地测量其他互补信号——想想看，挤压气球会以牺牲宽度为代价增加高度。

“量子力学可以增强我们测量极小信号的能力，”物理学教授、《自然物理学》杂志上有关自旋压缩的论文作者诺曼·姚(NormanYao)表示。“我们已经证明，在比以前想象的更广泛的系统中实现这种量子增强计量是可能的。”

论文合著者、格里芬艺术与科学研究生院前学生马克斯韦尔·布洛克解释说，在气球比喻中，圆圈代表任何量子测量固有的不确定性。

“通过压缩这种不确定性，使气球更像椭圆形，人们可以重塑测量的灵敏度，”布洛克说。“这意味着某些测量可以比没有量子力学所能做到的任何测量都更精确。”

例如，自旋压缩的类似物被用来提高LIGO实验中获得诺贝尔奖的引力波探测器的灵敏度。

哈佛团队的研究建立在1993年的一篇具有里程碑意义的论文的基础之上，该论文首次描述了原子之间“全对全”相互作用导致自旋压缩纠缠态的可能性。这种相互作用类似于大型Zoom会议，其中每个参与者都会同时与其他所有参与者进行交互。

在原子之间，这种连接性很容易建立起诱导自旋压缩态所需的量子力学关联。然而，在自然界中，原子之间的相互作用通常更像电话游戏，每次只与几个邻居通话。

“多年来，人们一直认为只有通过全对全相互作用才能实现真正的量子增强自旋压缩，”论文共同第一作者、格里芬艺术与科学研究生院前学生叶炳天说道。“但我们已经证明，这实际上要容易得多。”

研究人员在论文中概述了一种产生自旋压缩纠缠的新策略。他们凭直觉与法国的合作者通过实验迅速证实，自旋压缩的成分存在于自然界中一种普遍存在的磁性中——铁磁性，这也是冰箱磁铁吸附的力。

他们假定，全部相互作用不是实现自旋压缩的必要条件，而是只要自旋连接得足够好，能够同步到磁状态，它们也应该能够动态地产生自旋压缩。

研究人员乐观地认为，通过降低自旋压缩的障碍，他们的工作将启发量子科学家和工程师以新的方式创造出更多便携式传感器，用于生物医学成像、原子钟等。

本着这种精神，姚期智目前正在领导实验，在由氮空位中心制成的量子传感器中产生自旋压缩，氮空位中心是金刚石晶体结构中的一种缺陷，长期以来被认为是理想的量子传感器。

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