微腔作为传感器平台

来源： 因斯布鲁克大学

传感器是物联网的支柱，提供数据来控制各种对象。在这里，精度至关重要，这就是量子技术可以发挥作用的地方。因斯布鲁克和苏黎世的研究人员现在正在演示如何将微小光学谐振器中的纳米颗粒转移到量子状态并用作高精度传感器。

量子物理学的进步为显著提高传感器的精度提供了新的机会，从而实现了新技术。由奥地利科学院量子光学和量子信息研究所和因斯布鲁克大学理论物理系的Oriol Romero-Isart领导的团队以及苏黎世联邦理工学院的Romain Quidant领导的团队现在正在提出高精度量子传感器的新概念。研究人员认为，通过利用系统的快速不稳定动力学，被困在微观光学谐振器中的纳米颗粒的运动波动可以显着降低到零点运动以下。

夹在镜子之间的粒子

机械量子挤压降低了零点运动运动下运动涨落的不确定性，并且过去已经在量子制度下的微机械谐振器中进行了实验证明。研究人员现在提出了一种新颖的方法，特别是针对悬浮机械系统量身定制的方法。“我们证明，设计得当的光学腔可用于快速而强烈地挤压悬浮纳米颗粒的运动，”因斯布鲁克Oriol Romero-Isart团队的Katja Kustura说。在光学谐振器中，光在镜子之间反射，并与悬浮的纳米颗粒相互作用。这种相互作用可导致动态不稳定性，而这些不稳定通常被认为是不可取的。研究人员现在展示了如何将它们用作资源。“在目前的工作中，我们展示了如何通过正确控制这些不稳定性，导致光学腔内机械振荡器的不稳定动力学导致机械挤压，”Kustura说。新协议在存在耗散的情况下是稳健的，使其在悬浮光学机械中特别可行。在发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上的这篇论文中，研究人员将这种方法应用于通过相干散射耦合到微腔的二氧化硅纳米颗粒。“这个例子表明，即使从初始热状态开始，我们也可以将粒子挤压到零点运动以下几个数量级，”Oriol Romero-Isart很高兴地说。

这项工作提供了光学腔作为机械量子挤压器的新用途，并且它提出了超越量子基态冷却的悬浮光力学的可行新途径。因此，微型谐振器为量子传感器的设计提供了一个有趣的新平台，例如，可用于卫星任务，自动驾驶汽车和地震学。