光量子擠壓器：室溫下降低量子噪聲的新技術(shù)

日前，麻省理工學(xué)院LIGO（激光干涉引力波天文臺(tái)）實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種光量子擠壓器（quantum light squeezer），第一次在室溫下將入射激光束的量子噪聲降低15%，達(dá)到低于標(biāo)準(zhǔn)量子極限的水平。

據(jù)悉，這是第一種可以在室溫下工作的光擠壓器，它將能進(jìn)一步改進(jìn)受量子噪音限制的高精度激光測(cè)量與調(diào)制，在量子計(jì)算和引力波探測(cè)等領(lǐng)域進(jìn)行更精確的測(cè)量。相關(guān)成果發(fā)表在近期的《自然·物理》雜志上。

新光量子擠壓器的核心構(gòu)造是一個(gè)只有彈珠大小的光學(xué)共振腔。共振腔安置在真空室中，包含兩面鏡子，其中較大的鏡片是固定的，而另一個(gè)較小的鏡片則是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件，它比一根頭發(fā)絲的直徑還小，質(zhì)量?jī)H為50納克，懸掛在一根彈簧狀的懸臂上，可來(lái)回移動(dòng)。一個(gè)光子就可以稍稍影響小鏡片的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。一束激光光子進(jìn)入共振腔時(shí)，會(huì)在兩面鏡子之間來(lái)回反射。光子的輻射壓對(duì)較小的鏡片施加力的作用，使之來(lái)回?cái)[動(dòng)，這樣激光光子離開(kāi)共振腔時(shí)就會(huì)處于一種特殊的擠壓狀態(tài)。

事實(shí)上，要在室溫條件下實(shí)現(xiàn)擠壓光是非常困難的，這是因?yàn)槭覝叵轮車h(huán)境中的熱量已經(jīng)足以影響系統(tǒng)的可移動(dòng)部件，熱量漲落造成的抖動(dòng)會(huì)淹沒(méi)量子噪聲的任何影響。在此之前，為了屏蔽熱噪聲，研究人員不得不將系統(tǒng)冷卻到10開(kāi)爾文（零下263攝氏度）左右。對(duì)低溫的依賴無(wú)疑極大地限制了光量子擠壓器的應(yīng)用場(chǎng)景。

目前，麻省理工學(xué)院LIGO實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)將新光量子擠壓器安裝在LIGO的探測(cè)器上，用來(lái)研究干涉儀內(nèi)激光產(chǎn)生的量子噪聲。據(jù)了解，2015年9月14日，LIGO第一次探測(cè)到了兩顆巨大黑洞碰撞產(chǎn)生的引力波。當(dāng)兩顆巨大的天體碰撞時(shí)，時(shí)空被有節(jié)奏地拉伸和壓縮，如水中漣漪般傳播出去，這就是引力波。