激光器新技术实现纳米尺度声子的精密调控

来源：科技日报

科技日报记者 张佳欣

美国罗切斯特大学与罗切斯特理工学院研究团队开发出一种新型“压缩声子激光器”，能够在纳米尺度上实现对声子的高精度控制。研究人员表示，这项技术有望为探究引力本质、粒子加速以及量子物理提供新的实验工具。相关成果发表于新一期《自然·通讯》杂志。

自20世纪60年代激光问世以来，这项技术不断拓展科学研究与日常应用的边界，从超市条形码扫描到激光矫正视力手术，都离不开这项技术。传统激光操控的是光子，也就是光的基本粒子。但如今，科学家正把这种“激光思路”拓展到另一类基本粒子——声子上，有望为量子测量和精密导航开辟新路径。

声子可理解为材料内部振动的最小能量单位。过去20年来，科学家逐步发展出类似光学激光的声子激光技术，使机械振动也能像光一样被相干操控。但要将其应用于精密测量，一个关键挑战是如何降低噪声干扰。

研究团队早在2019年就利用光镊技术，在真空环境中捕获并悬浮声子，首次演示了声子激光器。此次研究则进一步通过光学调控手段，对声子激光进行精细“推拉”控制，从而显著降低系统中的波动。

团队介绍，虽然激光在肉眼看来是一束稳定的光，但实际上内部存在大量波动，这些波动会在测量过程中转化为噪声，干扰信号并降低测量的准确性。此次，他们通过对声子激光进行“压缩”，降低其热噪声，成功提升了信号的稳定性。

这种降噪后的声子激光，有望实现比传统光子激光或射频技术更高精度的加速度测量能力。未来，这类技术或可用于开发高精度引力传感器，并为量子导航技术提供支持。例如，科学界正在探索不依赖卫星信号的量子罗盘，其理论上可作为更精确且难以干扰的GPS替代方案。研究人员认为，声子激光技术有望成为实现此类量子导航系统的重要基础之一。