Correlaciones cuánticas entre la luz y los espejos de masa de kilogramos de LIGO

Área de la Ciencia:

• La física cuántica
• Astronomía de las ondas gravitacionales
• Medición de precisión

Sus antecedentes:

• El principio de incertidumbre de Heisenberg establece el límite cuántico estándar para mediciones de precisión.
• Este límite surge de la presión de radiación de fotones y las incertidumbres de detección cuando se utiliza la luz como sonda.
• Superar este límite requiere correlaciones cuánticas entre el objeto medido y la luz de sondeo.

Objetivo del estudio:

• Para confirmar experimentalmente la ocurrencia natural de las correlaciones cuánticas en el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO).
• Para demostrar que estas correlaciones permiten que las mediciones superen el límite cuántico estándar.

Principales métodos:

• Caracterización de los espectros de ruido de los detectores LIGO avanzados con y sin estados de vacío comprimido.
• Inyectando estados de vacío comprimido en diferentes ángulos de cuadratura.
• Sustraer el ruido clásico para aislar las incertidumbres mecánicas cuánticas.

Principales resultados:

• Las correlaciones cuánticas se produjeron naturalmente en LIGO, como se predijo teóricamente.
• Las mediciones con correlaciones cuánticas lograron una incertidumbre cuántica conjunta 1,4 veces (3 decibelios) por debajo del límite cuántico estándar.
• Esto se logró al correlacionar las incertidumbres en las fases del haz láser y las posiciones de los espejos.

Conclusiones:

• El estudio valida experimentalmente el uso de correlaciones cuánticas para superar el límite cuántico estándar.
• Esta técnica mejora la sensibilidad de las observaciones de ondas gravitacionales.
• Los hallazgos tienen amplias implicaciones para futuras mediciones de ruido cuántico limitado.