科學家打造無噪聲聲子激光器，助力解鎖量子指南針

聲子激光器有望用于制造比射頻設備更小、更快、更節能的微芯片。

羅切斯特大學和羅切斯特理工學院的科學家研發出一種壓縮聲子激光器，有望幫助開發"無法干擾"的導航系統，并深入探索糾纏等量子現象。

激光器自20世紀60年代首次發明以來，為研究和實際應用開辟了新途徑。從矯正視力手術到核聚變研究的等離子體約束，從娛樂到超市加快結賬速度，激光如今已成為我們日常生活的一部分。

雖然我們使用的激光器控制的是光子（即光粒子），但科學家也制造出了控制其他基本粒子（如振動和聲音）的激光器。這些粒子被稱為聲子，為量子物理、引力和粒子加速等領域的進一步研究提供了可能。

聲子為何重要？

聲子是準粒子，因為它們代表了彈性結構振動模式在量子力學量子化中的激發態。簡單來說，就像光子是量子化的光波一樣，聲子就是量子化的聲波。

這一概念于1930年首次提出，其重要性在于有助于理解凝聚態物質系統。經典力學將簡正模式視為波狀現象，而聲子也表現出粒子般的特性，因此獲得了"準粒子"的稱號。

羅切斯特大學光學物理學教授尼克·瓦米瓦卡斯與同事于2019年演示了一種聲子激光器。研究人員利用光鑷在真空中捕獲并懸浮聲子，展示了這項技術，但也遇到了噪聲問題。

降低聲子激光器的噪聲

瓦米瓦卡斯在新聞稿中表示："雖然肉眼看去激光是穩定的光束，但實際上存在很多波動，當用激光進行測量時會產生噪聲。通過用光以恰當方式推拉聲子激光器，我們可以顯著降低這種聲子激光器的波動。"

研究人員成功壓縮了聲子激光器固有的熱噪聲，并且能夠比基于光子的激光器或射頻源更精確地測量加速度。

研究人員還相信，他們的設備可用于精確測量重力和其他力。綜合起來，這些技術可用于制造量子指南針，這種指南針不僅更精確，而且由于不依賴衛星運行，因而"無法被干擾"。

由于高頻聲學振蕩也可用于操縱量子態，聲子激光器可用于更詳細地研究這些量子態，為未來的量子傳感和量子計算開辟道路。

此外，聲子激光器可作為表面聲波源，用于操作微芯片。用這些芯片制造的設備將比基于射頻的設備更快、更小、更節能。

由于聲波比光波更能有效地穿過含水組織，研究人員還熱衷于開發基于聲子的激光器，以便未來實現精確的超聲成像甚至無創治療。

瓦米瓦卡斯及其同事熱切期待這項技術在未來這些方面取得進展。

他們的研究成果發表在《自然·通訊》雜志上。

如果朋友們喜歡，敬請關注“知新了了”！