在量子技術(shù)領(lǐng)域，精確控制物質(zhì)波至關(guān)重要。布拉格原子干涉儀，利用激光束操縱原子運(yùn)動，是精密測量和量子模擬的強(qiáng)大工具。然而，它們的性能往往受到一種被稱為多普勒退相干的阻礙。最近發(fā)表在《科學(xué)》的論文深入探討了動量交換相互作用的最新突破，這是一種利用集體原子相互作用的力量來抑制多普勒退相干的技術(shù)，為超靈敏干涉儀的新時代鋪平了道路。

布拉格原子干涉儀的核心是激光冷卻的原子云，它們的行為受量子力學(xué)的原理支配。這些原子表現(xiàn)出波粒二象性，既作為具有確定動量的粒子，也作為具有特征波長的波。干涉儀利用精確定時的激光脈沖來操縱這些物質(zhì)波，創(chuàng)建一系列的建設(shè)性和破壞性的干涉，以揭示有關(guān)原子性質(zhì)的信息。

然而，一個基本的挑戰(zhàn)困擾著這些干涉儀：多普勒退相干。當(dāng)云中的原子具有略微不同的速度時，它們會經(jīng)歷略微不同的激光相互作用，導(dǎo)致它們的物質(zhì)波逐漸失準(zhǔn)。這種退相干效應(yīng)使干涉模式變得模糊，最終限制了干涉儀的靈敏度和相干時間。

研究人員最近公布了一種革命性的方法——動量交換相互作用。這種巧妙的技術(shù)利用了原子云的集體力量。以下是核心思想：想象兩個云中的原子，通過與共腔模式精心設(shè)計的相互作用，這些原子可以交換動量狀態(tài)。一個原子從腔中吸收光子，獲得動量，而另一個原子發(fā)射光子，失去動量。這種交換相互作用有效地將原子結(jié)合在一起，同步了它們的速率，并最大限度地減少了單個速率變化的不利影響。

動量交換相互作用的美麗之處不僅在于它們抑制多普勒退相干的能力。這種技術(shù)還導(dǎo)致了干涉儀內(nèi)“全對全伊辛型相互作用”的出現(xiàn)。想象原子是微小的磁鐵，它們的動量代表它們的磁極。這種相互作用創(chuàng)造了一種場景，所有原子都傾向于將它們的動量對準(zhǔn)相同的方向。這種集體行為導(dǎo)致了“多體能隙”，一種新的能態(tài)，進(jìn)一步增強(qiáng)了物質(zhì)波包的相干性。

動量交換相互作用的概念在物理學(xué)的一個不同領(lǐng)域——穆斯堡爾光譜中找到了一個迷人的平行。在這種技術(shù)中，伽馬射線與固體晶格內(nèi)的原子相互作用。晶格的剛性結(jié)構(gòu)有效地抵消了原子吸收或發(fā)射伽馬射線時所經(jīng)歷的后坐力，導(dǎo)致更清晰的光譜線。同樣，干涉儀中的動量交換相互作用就像原子的剛性“晶格”，抑制了單個多普勒頻移，導(dǎo)致了更精確的干涉模式。

動量交換相互作用的出現(xiàn)為量子干涉儀的未來打開了令人興奮的大門。通過抑制多普勒退相干的能力，研究人員可以實現(xiàn)慣性感測和引力波探測等測量方面的空前靈敏度。此外，動量交換相互作用的可調(diào)性允許探索奇特的量子現(xiàn)象，例如模擬超導(dǎo)體以及探索動力規(guī)范場。