作者:英格丽德·法德利
（同organic）有机 艺术家对被激光冷却的光学机械硅纳米光束的再现
荣誉:西蒙·霍兰，国际商用机器公司欧洲研究部
瑞士联邦理工学院(EPFL洛桑)和国际商用机器公司欧洲研究院的研究人员最近展示了纳米机械振荡器的激光冷却到其零点能量(即
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它包含最小能量的点)
他们在《物理评论快报》上的成功展示，可能会对量子技术的发展产生重要影响
很长一段时间以来，专门从事不同科学技术领域的研究人员一直在开发利用物体声学特性的工具，例如声学共振或机械振动
例如，机械共振长期以来一直用于处理信号或收集高精度测量值
在更基本的层面上，这些共振遵循量子力学的定律
因此，利用材料声学特性的未来技术也可以利用它们的量子力学特性，例如两种机械振动之间的纠缠或两种振动状态的叠加
“这种进入量子机制的方式与其他量子技术类似，比如量子计算机，”博士说
进行这项研究的研究人员之一伊泰·肖姆罗尼告诉《物理》
（同organic）有机
“这些相对较大的物体的量子性质被来自环境的外部影响所掩盖，其中最普遍的是热噪声——由有限温度引起的随机波动
" 为了达到一种可以观察量子力学效应的状态，研究人员首先必须去除来自环境影响的噪音
这可以通过将机械振荡器冷却到其最低可能的能态来实现，该能态被称为基态
根据量子力学定律，振荡器在基态时不会冻结，而是包含最小量的能量，即所谓的“零点能量”
“在过去的十年里，不同的研究小组使用各种纳米和微机械振荡器，越来越接近于将机械运动带到基态，从而达到零能量点
“一种方法是简单地将整个装置冷却到极低的温度，在毫开尔文范围内，”肖莫罗尼说，“但这增加了实验的复杂性，并引入了其他限制
我们也一直致力于在我们的系统中达到在几个开尔文下运行的基态冷却
" 在他们的研究中，刘秋、肖姆罗尼和他们的同事试图使用激光冷却技术将纳米机械振荡器冷却到其零点能量
值得注意的是，他们能够达到极低的占用率(即
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92%的基态占据)，将系统推向更深的量子区域
“我们用激光来冷却我们的机械振荡器的运动，这在一开始似乎很令人惊讶，”肖姆罗尼解释道
“这是一项众所周知的技术，也用于其他实验
光对物质施加一种叫做辐射压力的力
这个力可以用来阻尼和冷却机械运动，只要它被正确地施加，与物体的速度相反
" 在实验中，机械振动发生在硅纳米梁的一个截面为220纳米×530纳米、长几微米的部分
这一部分也是研究人员注入激光束的光学腔的一部分
这个系统中的振动和光压是相互依赖的，因此，它们以最终冷却系统的方式联系在一起
“众所周知，光也能加热物体，因为它被吸收了，”肖姆罗尼说
“为了将吸收的影响降到最低，我们在振荡器周围放了少量氦气，这样多余的热量就可以迅速消散
" 邱、肖莫罗尼和他们的同事利用激光冷却的方法，能够将纳米机械振荡器冷却到非常接近其零点能量
他们获得的结果证明了利用激光技术与机械振动的相互作用来冷却机械物体的方法的有效性
研究人员还使用振荡器本身提供的免校准度量标准——即其吸收和发射速率之比——原位测量了系统中的剩余热能
这种特殊的度量标准也被认为是振荡器量子特性的标志
将量子系统冷却到基态的能力可以为新量子技术的发展和量子力学的进一步研究开辟新的可能性
例如，这种能力可以创造一个相对较大的量子叠加态的机械物体，称为薛定谔猫态
此外，开发一种方法，使机械系统更接近它们的零点能量，可能会对量子计算产生重要影响
IBM的研究人员目前正试图开发能够有效转换量子信息的设备，将量子信息从超导量子位转换成光子
开展这项研究的另一位研究人员保罗·塞德勒告诉《物理》杂志说:“这种设备可以作为一种手段，将基于超导量子位的量子计算机与光纤电缆连接起来，建立一个量子网络，并进一步提高计算能力。”
迄今为止，微波-光学转换最成功的方法是利用机械系统作为媒介
对于这种应用，将机械系统初始化到其接地状态的能力是至关重要的
" 在未来的工作中，EPFL-国际商用机器公司的团队计划使用其技术将机械系统冷却到其零点能量，以新的有趣的方式控制它们的运动
例如，研究人员想探索他们的方法产生各种奇异量子态的潜力
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