基于EPR量子纠缠的引力波探测器速度计方案

我们提出了一种量子速度计量子非破坏(QND)测量方案的新实现。它采用对干涉仪测试质量的两种独立光学读出，具有显著不同的带宽 $\gamma_{1,2}$ 和光循环功率 $I_{1,2}$ 值，并满足特殊关系 $I_1/I_2=\gamma_1/\gamma_2$。这两个位置计的输出必须通过一个额外的分束器进行组合。在该方案中，干涉仪装置的共模和差模输出信号分别正比于测试质量的位置和速度。与位置信号相关的类位置计反作用力和，可通过EPR方法测量与该力相关的分束器共模输出的振幅正交分量来抵消。在现代引力波探测器的标准信号回收迈克尔逊干涉仪拓扑中，两种独立的光学位置计可由探测光的两种正交偏振实现。我们的分析表明，与等效的信号回收迈克尔逊干涉仪相比，EPR速度计在低于 $\sim 30\,{\rm Hz}$ 的所有频率上提供了显著改善的灵敏度。我们认为EPR速度计方案对未来引力波探测器的升级非常有吸引力，因为它只需对干涉仪硬件做微小改动即可实现，并允许在短时间尺度内切换位置计和速度计模式而无需任何硬件改变。