《相对论量子计量学》美国空军研究实验室2022最新6页技术报告

背景介绍

量子技术正被部署在太空中。这些系统的目标灵敏度、稳定性和精确度可能会受到相对论效应的影响，并反过来允许它们作为基本物理学的新探测器使用。

目标

• 描述光子的定位和光学干涉测量中的重力效应

• 确定计量学和时间保持中自旋-重力耦合的影响

• 设计爱因斯坦等效原理（EEP）的天基全光学测试

影响

在一个新的环境中测试爱因斯坦相对论的基本前提：确定自旋与惯性和加速度相互作用的形式并设计新的测试方法

简要叙述

1.我们引入了一个方便的形式体系来评估在一般弯曲背景上传播的光信号相位。它使我们能够在一般相对论背景下的大规模光学干涉测量中获得频率偏移和相位差之间的透明关系，并推导出单程和双程方案中的多普勒效应的紧凑表达。我们的方案很容易适用于静止的空间，特别是近地实验，其中几何形状是用参数化的后牛顿近似法描述的。

2.非引力实验的局部位置不变性，这需要引力红移是爱因斯坦等效原理（EEP）的关键因素。引力红移的精确测量仅在标准模型的费米子部门中严格约束对EEP的违反。利用光干涉测量法的建议受到一阶多普勒效应的影响，它主导了测试EEP所必需的弱引力信号，使其不可行。在这里，我们提出了一个新的方案来测试EEP，它是基于双重大距离光学干涉测量的。通过操纵在两个地点检测到的不同引力势能的相移，有可能抵消一阶多普勒效应，观察到EEP所隐含的引力红移，将其潜在的违反限制在~10-5的自然精度范围内。我们介绍了在后牛顿框架内对这一建议的详细分析，以及对预期信号的模拟，特别是侧重于高偏心率轨道，以便区分信号和多普勒位移。

3.检验基础物理学的进展依赖于我们测量超小物理量的能力。以40Ca+被困离子系统为例，我们表明用目前的技术可以测量一个极弱的合成磁场（在10-19T的规模）。这种改进的灵敏度可以用来测试影响等价原理的自旋耦合效应，如果存在的话，可能会影响拟议的纠缠光钟阵列的性能。新颖的降噪方案是基于量子芝诺效应的，并将作为某些类别的量子优化算法中纠错协议的一部分进行研究。