美國羅切斯特大學與羅切斯特理工學院聯合科研團隊近日取得一項突破性進展,成功研制出具備納米級操控能力的壓縮聲子激光器。這項發表在《自然·通訊》的研究成果,為量子物理基礎研究和精密測量技術開辟了全新路徑,尤其在引力本質探索和粒子加速領域展現出應用潛力。
自二十世紀六十年代激光技術誕生以來,其應用范圍已從最初的實驗室研究擴展至醫療、通信等民生領域。傳統激光通過操控光子實現功能,而新研發的聲子激光器則將目標轉向材料內部振動的最小能量單位——聲子。這種轉變使機械振動首次具備類似光波的相干操控特性,為量子測量和導航系統提供了新的技術方案。
聲子激光技術的核心挑戰在于克服熱噪聲干擾。科研團隊在2019年曾利用光鑷技術在真空環境中實現聲子的懸浮操控,此次研究通過引入光學調控手段,對聲子振動實施動態"推拉"控制。這種創新方法有效抑制了系統波動,將熱噪聲水平降低至傳統激光器的三分之一以下。
實驗數據顯示,經過壓縮處理的聲子激光在加速度測量精度上達到傳統光子激光器的五倍以上。研究團隊通過精密調控聲子振動頻率,成功將信號穩定性提升至量子極限水平。這種特性使其在引力波探測領域具有獨特優勢,能夠捕捉到傳統設備難以識別的微弱時空擾動。
在導航應用方面,該技術為量子羅盤研發提供了關鍵支撐。不同于依賴衛星信號的傳統定位系統,基于聲子激光的量子導航裝置通過測量地球重力場微變化實現自主定位。實驗表明,這種新型導航系統的抗干擾能力較現有技術提升兩個數量級,特別適用于深海、極地等衛星信號覆蓋盲區。
科研人員指出,聲子激光器的突破源于對量子漲落特性的深度理解。通過精確控制聲子態的量子疊加,研究團隊實現了對熱噪聲的主動抑制。這種技術路線不僅適用于固態材料,未來還可擴展至超流體等特殊介質,為拓撲量子計算提供新的物理載體。








