日前，麻省理工學院的物理學家們設計了一種量子「壓光器」，可以將入射雷射束中的量子噪聲降低15%。這是同類系統中第一個在室溫下工作的系統，適用於緊湊、便攜的裝置，從而可以添加到高精度實驗中，以改善雷射測量，因為量子噪聲是其中的一個限制因素。
這種新型擠壓器的核心是一個彈珠大小的光學腔，安置在一個真空室中，包含兩個鏡子，其中一個的直徑比人的頭髮還小。大一點的鏡子是固定的，而另一面則是可移動的，由彈簧狀的懸臂懸掛著。這第二面「納米力學」鏡子的形狀和構成是該系統能否在室溫下工作的關鍵。當雷射束進入腔內時，它會在兩面鏡子之間反射。光所產生的力使得納米機械反射鏡來回擺動，使得研究人員能夠設計出具有特殊量子特性的光。
雷射可以在壓縮態下離開系統，這可以用來進行更精確的測量，例如量子計算和密碼學，以及引力波的探測。
麻省理工學院物理學副主任奈吉斯·馬瓦瓦拉(Nergis Mavalvala)說：「這個結果的重要性在於，你可以設計這些機械系統，使它們在室溫下仍能具有量子力學特性。這完全改變了遊戲規則，不僅是在我們自己的實驗室裡，在世界範圍內的大型低溫冰箱裡都能使用這些系統。」
雷射包含大量光子，它們在同步波中流動，產生明亮的聚焦光束。然而，在這個有序的結構中，雷射的單個光子之間有一點隨機性，以量子漲落的形式存在，在物理學中也被稱為「散粒噪聲」。例如，在任何給定時間到達探測器的雷射中的光子數，都會以難以預測的量子方式在平均值上下波動。同樣，光子到達探測器的時間，與其相位相關，也可能在平均值附近波動。
這兩個數值——雷射光子的數量和時間——決定了研究人員如何精確地解釋雷射測量結果。但根據量子力學的基本原理之一海森堡測不準原理，同時測量粒子的位置(或時間)和動量(或數量)是不可能的。
科學家們通過量子壓縮來解決這個物理約束，即雷射量子特性的不確定性，在這種情況下就是光子的數量和時間，理論上可以用圈來表示。在這兩個性質中，一個完美的圓圈表示相同的不確定性。一個橢圓——一個壓縮的圓——表示一個性質的不確定性較小，另一個性質的不確定性較大，這取決於如何操縱圓和雷射量子特性中的不確定度比。。
研究人員利用光學機械系統來實現量子壓縮，該系統由鏡面等部件設計而成，部件可以被入射的雷射移動到很小的程度。鏡面之所以會移動，是因為構成光的光子對它施加的力，而這個力與在給定時間內撞擊鏡面的光子數量成正比。此時鏡子移動的距離與光子到達鏡子的時間有關。
當然，科學家無法知道特定時間內光子數量和時間的精確值，但通過這種系統，他們可以建立這兩種量子特性之間的關聯，從而降低不確定性和雷射的整體量子噪聲。
目前，光機械壓縮已經能在需要安置在低溫冷藏箱的大型裝置中實現。這是因為，即使在室溫下，周圍的熱能也足以對系統的活動部件產生影響，造成「抖動」，抵消量子噪聲的影響。為了屏蔽熱噪聲，研究人員不得不將系統冷卻到10開氏度(-440華氏度)左右。
（文章來源：OFweek）