科学家提出利用光学微腔可实现高精度量子传感器

近日，科学家提出利用光学微谐振器的不稳定性机械压缩纳米粒子，以帮助实现高精度的量子传感器。相关成果发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。

捕获在光学镜面间的悬浮纳米粒子，图片来自IQOQI

物联网、大数据、人工智能等先进技术都离不开传感器。其中传感器的精度至关重要。量子物理学的进步为显著提高传感器的精度提供了新机遇，使高精度量子传感器成为可能。

此次，奥地利科学研究院量子光学与量子信息研究所(IQOQI)、因斯布鲁克大学理论物理系Oriol Romero-Isart团队和瑞士苏黎世联邦理工学院Romain Quidant团队提出可用于设计高精度量子传感器的新途径。他们认为通过利用系统的快速不稳定动力学，可以将捕获在光学微谐振器中的纳米粒子的波动显著降低到零点运动以下。在量子力学中，零点运动指粒子(比如分子)，即使达到绝对零度，仍有残留的能量使粒子运动。

“我们证明了一个设计合理的光学微腔，可以用于快速和有力地挤压悬浮纳米粒子的运动。”因斯布鲁克大学团队成员Katja Kustura说道。

在光学谐振器中，光在镜面间反射，并与悬浮的纳米粒子相互作用。这种相互作用会引起动力不稳定性的问题。Kustura表示，“我们展示了如何通过适当控制这些不稳定性，以借助光学微腔内机械振荡器的不稳定动力学来进行机械压缩。”

由于机械量子压缩可以降低零点运动以下粒子波动的不确定性，前述工作提供了光学微腔用于机械量子挤压的新方法，并为不需要量子基态冷却的悬浮光力学提供了一条新路径。因此，光学微谐振器可用于设计高精度的量子传感器，有助于实现量子传感器在卫星任务、自动驾驶汽车和地震学等多个领域的应用。

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