量子噪声分数与高频引力波探测中的热前沿

该团队引入了一个诊断量——量子噪声分数β,它决定了任何引力波探测器通过量子增强所能达到的最大灵敏度提升。将该诊断量应用于拟议的高频(千赫兹至吉赫兹)探测器领域后发现,通过潮汐耦合运行的共振质量探测器在稀释温度下,所有低于约230兆赫兹的频率均受热噪声主导(β≈0),这使得压缩态和纠缠态的增强效果极为有限。只有在这一热前沿(由ℏω=kB T ln3定义)之上,量子区间才变得可及。该工作确定了一个具体实现方案:一个在1吉赫兹、10毫开尔文下运行的体声波谐振器(β=0.98),并提出了一种采用电路量子电动力学读出、利用压缩声子态的引力波探测器。由10⁴个此类谐振器组成的阵列,在10分贝机械压缩下,灵敏度可达S_h=7.6×10⁻²⁶/√赫兹——这仍比1吉赫兹随机背景的大爆炸核合成界限高出约10⁹倍,表明灵敏度差距主要源于经典因素,因此需要同步推进经典探测器参数的改进。
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提交arXiv: 2026-04-29 18:37

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