新型激光器能精確控制納米尺度聲子
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科技日報(bào)北京3月30日電 (記者張佳欣)美國羅切斯特大學(xué)與羅切斯特理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型“壓縮聲子激光器”,能夠在納米尺度上實(shí)現(xiàn)對聲子的高精度控制。研究人員表示,這項(xiàng)技術(shù)有望為探究引力本質(zhì)、粒子加速以及量子物理提供新的實(shí)驗(yàn)工具。相關(guān)成果發(fā)表于新一期《自然·通訊》雜志。
自20世紀(jì)60年代激光問世以來,這項(xiàng)技術(shù)不斷拓展科學(xué)研究與日常應(yīng)用的邊界,從超市條形碼掃描到激光矯正視力手術(shù),都離不開這項(xiàng)技術(shù)。傳統(tǒng)激光操控的是光子,也就是光的基本粒子。但如今,科學(xué)家正把這種“激光思路”拓展到另一類基本粒子——聲子上,有望為量子測量和精密導(dǎo)航開辟新路徑。
聲子可理解為材料內(nèi)部振動的最小能量單位。過去20年來,科學(xué)家逐步發(fā)展出類似光學(xué)激光的聲子激光技術(shù),使機(jī)械振動也能像光一樣被相干操控。但要將其應(yīng)用于精密測量,一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是如何降低噪聲干擾。
研究團(tuán)隊(duì)早在2019年就利用光鑷技術(shù),在真空環(huán)境中捕獲并懸浮聲子,首次演示了聲子激光器。此次研究則進(jìn)一步通過光學(xué)調(diào)控手段,對聲子激光進(jìn)行精細(xì)“推拉”控制,從而顯著降低系統(tǒng)中的波動。
團(tuán)隊(duì)介紹,雖然激光在肉眼看來是一束穩(wěn)定的光,但實(shí)際上內(nèi)部存在大量波動,這些波動會在測量過程中轉(zhuǎn)化為噪聲,干擾信號并降低測量的準(zhǔn)確性。此次,他們通過對聲子激光進(jìn)行“壓縮”,降低其熱噪聲,成功提升了信號的穩(wěn)定性。
這種降噪后的聲子激光,有望實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)光子激光或射頻技術(shù)更高精度的加速度測量能力。未來,這類技術(shù)或可用于開發(fā)高精度引力傳感器,并為量子導(dǎo)航技術(shù)提供支持。例如,科學(xué)界正在探索不依賴衛(wèi)星信號的量子羅盤,其理論上可作為更精確且難以干擾的GPS替代方案。研究人員認(rèn)為,聲子激光技術(shù)有望成為實(shí)現(xiàn)此類量子導(dǎo)航系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)之一。
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