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量子物理學(xué)的進(jìn)步為顯著提高傳感器的精度提供了新的機(jī)會(huì)，從而使新技術(shù)成為可能。由奧地利科學(xué)院量子光學(xué)和量子信息研究所和因斯布魯克大學(xué)理論物理系的 Oriol Romero-Isart 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)和蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的 Romain Quidant 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)正在提出一個(gè)新概念用于高精度量子傳感器。

研究人員建議，通過利用系統(tǒng)的快速不穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)，捕獲在微觀光學(xué)諧振器中的納米粒子的運(yùn)動(dòng)波動(dòng)可以顯著降低到零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)以下。

粒子夾在鏡子之間

機(jī)械量子擠壓降低了零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)以下的運(yùn)動(dòng)波動(dòng)的不確定性，過去已經(jīng)通過量子狀態(tài)下的微機(jī)械諧振器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)證明。研究人員現(xiàn)在提出了一種新方法，特別是針對懸浮機(jī)械系統(tǒng)量身定制的。

“我們證明了一個(gè)設(shè)計(jì)合理的光學(xué)腔可以用來快速和強(qiáng)烈地?cái)D壓懸浮納米粒子的運(yùn)動(dòng)，”因斯布魯克 Oriol Romero-Isart 團(tuán)隊(duì)的 Katja Kustura 說。在光學(xué)諧振器中，光在鏡子之間反射，并與懸浮的納米粒子相互作用。這種相互作用會(huì)導(dǎo)致動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性，這通常被認(rèn)為是不可取的。

研究人員現(xiàn)在展示了如何將它們用作資源。“在目前的工作中，我們展示了通過適當(dāng)控制這些不穩(wěn)定性，光學(xué)腔內(nèi)機(jī)械振蕩器的不穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)如何導(dǎo)致機(jī)械擠壓，” Kustura 說。

新協(xié)議在存在耗散的情況下是穩(wěn)健的，使其在懸浮光力學(xué)中特別可行。在發(fā)表在《物理評論快報(bào)》雜志上的論文中，研究人員將這種方法應(yīng)用于通過相干散射與微腔耦合的二氧化硅納米粒子。“這個(gè)例子表明，即使從初始熱狀態(tài)開始，我們也可以將粒子壓縮到零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)以下幾個(gè)數(shù)量級(jí)， ” Oriol Romero-Isart 高興地說。

這項(xiàng)工作提供了光腔作為機(jī)械量子擠壓器的新用途，并提出了超越量子基態(tài)冷卻的懸浮光力學(xué)可行的新途徑。因此，微諧振器為量子傳感器的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)有趣的新平臺(tái)，例如，可用于衛(wèi)星任務(wù)、自動(dòng)駕駛汽車和地震學(xué)。因斯布魯克和蘇黎世的研究得到了歐盟的財(cái)政支持。