聲子激光器可對聲子進(jìn)行精細(xì)控制。圖片來源：美國羅切斯特大學(xué)

美國羅切斯特大學(xué)與羅切斯特理工學(xué)院研究團(tuán)隊開發(fā)出一種新型“壓縮聲子激光器”，能夠在納米尺度上實現(xiàn)對聲子的高精度控制。研究人員表示，這項技術(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驗工具。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)隊介紹，雖然激光在肉眼看來是一束穩(wěn)定的光，但實際上內(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)有望成為實現(xiàn)此類量子導(dǎo)航系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)之一。