重力波探測設備可以測量時空結構的扭曲，最小可達到頭髮絲寬度的十萬億分之一–小到足以聽到粒子進出的干擾聲。現在，LIGO 設施透過”擠壓”雷射超越了這一量子極限，從而將重力波探測能力提高了約60%。

當像黑洞這樣的超大質量天體發生碰撞時，釋放出的能量足以在現實中激起漣漪。一個多世紀前，愛因斯坦首次預言了這些重力波，但直到2015 年，科學家才終於首次直接偵測到它們。

負責這次重大探測的設施是雷射干涉儀重力波天文台（LIGO），其工作原理是將雷射射入兩條長隧道，在鏡子上反彈，然後測量光線如何返回。透過控制其他影響並仔細觀察，探測器可以感知雷射光束發生的微小扭曲–小於一個質子的寬度時表明重力波已經經過。此後的幾年裡，LIGO 和其他探測器已經捕捉了數十個重力波訊號。

但這些設施的靈敏度是有極限的，這是由量子物理定律本身決定的。雖然真空（包括LIGO 雷射管中的真空）通常被認為是完全空的空間，但這是不可能實現的。量子波動意味著粒子會不斷出現，存活幾分之一秒，然後又消失。這種微弱的量子雜訊幹擾了LIGO 的觀測，為觀測帶來了硬限制。

在LIGO 上提供擠壓光源的儀器，在進行維護時被暴露出來。

現在，LIGO 的科學家已經找到並展示了一種方法，利用一種稱為量子擠壓的技術來實現突破。這種方法利用了不確定性原理，即你對物體的某個特徵了解得越精確，對其他特徵的了解就越不精確。最常見的例子是一個粒子在盒子裡彈來彈去–如果你能準確測量出它在某一特定時間的位置，那麼你對它的動量的了解就會減少，反之亦然。

在這種情況下，科學家們操縱了不確定性原理，透過調整光的兩個特性–相位和振幅，從LIGO 的雷射中獲得了更多資訊。在2019 年升級過程中添加到管道中的特殊晶體”擠壓”了光的相位，從而使光子以更可預測的時間到達感測器。當然，這也會降低振幅的確定性，這意味著雷射會導致反射鏡振動，掩蓋它可能探測到的任何低頻重力波。

為了解決這個問題，LIGO 上安裝了一個新儀器，稱為頻率相關擠壓腔。顧名思義，它的工作原理是對不同頻率的光進行不同性質的擠壓，以達到兩全其美效果。為了進行最精確的重力波探測，科學家需要對低頻的振幅和高頻的相位有更多的確定性，而這個系統現在可以做到這一點。

這項研究的作者拉納-阿迪卡里（Rana Adhikari）說：”以前，我們必須選擇我們希望LIGO 在哪些方面更加精確。現在，我們可以切蛋糕慶祝了。我們早就知道如何寫下方程式來實現這一目標，但直到現在我們才清楚我們是否能真正實現這一目標。這就像科幻小說一樣。”

研究小組表示，透過突破這一量子極限，精度的提高將使LIGO 能夠探測到比以前多60% 的引力波事件。LIGO 的夥伴天文台Virgo 位於義大利，預計也將在明年年底前開始使用頻率依賴性擠壓技術。

研究小組在下面的影片中介紹了這項工作。

擠壓光如何減少LIGO測量的不確定性