引力波探测设备可以测量时空结构的扭曲，最小可达到头发丝宽度的十万亿分之一--小到足以听到粒子进出的干扰声。现在，LIGO 设施通过"挤压"激光超越了这一量子极限，从而将引力波探测能力提高了约 60%。

当像黑洞这样的超大质量天体发生碰撞时，释放出的能量足以在现实中激起涟漪。一个多世纪前，爱因斯坦首次预言了这些引力波，但直到 2015 年，科学家们才终于首次直接探测到它们。

负责这次重大探测的设施是激光干涉仪引力波天文台（LIGO），其工作原理是将激光射入两条长隧道，在镜子上反弹，然后测量光线如何返回。通过控制其他影响并仔细观察，探测器可以感知激光束发生的微小扭曲--小于一个质子的宽度时表明引力波已经经过。此后的几年里，LIGO 和其他探测器已经捕捉到了数十个引力波信号。

但这些设施的灵敏度是有极限的，这是由量子物理定律本身决定的。虽然真空（包括 LIGO 激光管中的真空）通常被认为是完全空的空间，但这是不可能实现的。量子波动意味着粒子会不断出现，存活几分之一秒，然后又消失。这种微弱的量子噪声干扰了 LIGO 的观测，给观测带来了硬限制。

在 LIGO 上提供挤压光源的仪器，在进行维护时被暴露出来。

现在，LIGO 的科学家们已经找到并展示了一种方法，利用一种叫做量子挤压的技术来实现突破。这种方法利用了不确定性原理，即你对物体的某个特征了解得越精确，对其他特征的了解就越不精确。最常见的例子是一个粒子在盒子里弹来弹去--如果你能准确测量出它在某一特定时间的位置，那么你对它的动量的了解就会减少，反之亦然。

在这种情况下，科学家们操纵了不确定性原理，通过调整光的两个特性--相位和振幅，从 LIGO 的激光器中获得了更多信息。在 2019 年升级过程中添加到管道中的特殊晶体"挤压"了光的相位，从而使光子以更可预测的时间到达传感器。当然，这也会降低振幅的确定性，这意味着激光会导致反射镜振动，掩盖它可能探测到的任何低频引力波。

为了解决这个问题，LIGO 上安装了一个新仪器，叫做频率相关挤压腔。顾名思义，它的工作原理是对不同频率的光进行不同性质的挤压，以达到两全其美的效果。为了进行最精确的引力波探测，科学家们需要对低频的振幅和高频的相位有更多的确定性，而该系统现在可以做到这一点。

这项研究的作者拉纳-阿迪卡里（Rana Adhikari）说："以前，我们必须选择我们希望 LIGO 在哪些方面更加精确。现在，我们可以切蛋糕庆祝了。我们早就知道如何写下方程式来实现这一目标，但直到现在我们才清楚我们是否能真正实现这一目标。这就像科幻小说一样。"

研究小组表示，通过突破这一量子极限，精度的提高将使 LIGO 能够探测到比以前多 60% 的引力波事件。LIGO 的伙伴天文台 Virgo 位于意大利，预计也将在明年年底前开始使用频率依赖性挤压技术。

研究小组在下面的视频中介绍了这项工作。

挤压光如何减少LIGO测量的不确定性