科學家提出利用光學微腔可實現高精度量子傳感器

近日，科學家提出利用光學微諧振器的不穩定性機械壓縮納米粒子，以幫助實現高精度的量子傳感器。相關成果發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。

捕獲在光學鏡面間的懸浮納米粒子，圖片來自IQOQI

物聯網、大數據、人工智能等先進技術都離不開傳感器。其中傳感器的精度至關重要。量子物理學的進步為顯著提高傳感器的精度提供了新機遇，使高精度量子傳感器成為可能。

此次，奧地利科學研究院量子光學與量子信息研究所(IQOQI)、因斯布魯克大學理論物理系Oriol Romero-Isart團隊和瑞士蘇黎世聯邦理工學院Romain Quidant團隊提出可用于設計高精度量子傳感器的新途徑。他們認為通過利用系統的快速不穩定動力學，可以將捕獲在光學微諧振器中的納米粒子的波動顯著降低到零點運動以下。在量子力學中，零點運動指粒子(比如分子)，即使達到絕對零度，仍有殘留的能量使粒子運動。

“我們證明了一個設計合理的光學微腔，可以用于快速和有力地擠壓懸浮納米粒子的運動。”因斯布魯克大學團隊成員Katja Kustura說道。

在光學諧振器中，光在鏡面間反射，并與懸浮的納米粒子相互作用。這種相互作用會引起動力不穩定性的問題。Kustura表示，“我們展示了如何通過適當控制這些不穩定性，以借助光學微腔內機械振蕩器的不穩定動力學來進行機械壓縮。”

由于機械量子壓縮可以降低零點運動以下粒子波動的不確定性，前述工作提供了光學微腔用于機械量子擠壓的新方法，并為不需要量子基態冷卻的懸浮光力學提供了一條新路徑。因此，光學微諧振器可用于設計高精度的量子傳感器，有助于實現量子傳感器在衛星任務、自動駕駛汽車和地震學等多個領域的應用。

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