光量子擠壓器：室溫下降低量子噪聲的新技術

日前，麻省理工學院LIGO（激光干涉引力波天文臺）實驗室的一個科研團隊設計了一種光量子擠壓器（quantum light squeezer），第一次在室溫下將入射激光束的量子噪聲降低15%，達到低于標準量子極限的水平。

據悉，這是第一種可以在室溫下工作的光擠壓器，它將能進一步改進受量子噪音限制的高精度激光測量與調制，在量子計算和引力波探測等領域進行更精確的測量。相關成果發表在近期的《自然·物理》雜志上。

新光量子擠壓器的核心構造是一個只有彈珠大小的光學共振腔。共振腔安置在真空室中，包含兩面鏡子，其中較大的鏡片是固定的，而另一個較小的鏡片則是整個系統的核心部件，它比一根頭發絲的直徑還小，質量僅為50納克，懸掛在一根彈簧狀的懸臂上，可來回移動。一個光子就可以稍稍影響小鏡片的運動狀態。一束激光光子進入共振腔時，會在兩面鏡子之間來回反射。光子的輻射壓對較小的鏡片施加力的作用，使之來回擺動，這樣激光光子離開共振腔時就會處于一種特殊的擠壓狀態。

事實上，要在室溫條件下實現擠壓光是非常困難的，這是因為室溫下周圍環境中的熱量已經足以影響系統的可移動部件，熱量漲落造成的抖動會淹沒量子噪聲的任何影響。在此之前，為了屏蔽熱噪聲，研究人員不得不將系統冷卻到10開爾文（零下263攝氏度）左右。對低溫的依賴無疑極大地限制了光量子擠壓器的應用場景。

目前，麻省理工學院LIGO實驗室的研究人員已經將新光量子擠壓器安裝在LIGO的探測器上，用來研究干涉儀內激光產生的量子噪聲。據了解，2015年9月14日，LIGO第一次探測到了兩顆巨大黑洞碰撞產生的引力波。當兩顆巨大的天體碰撞時，時空被有節奏地拉伸和壓縮，如水中漣漪般傳播出去，這就是引力波。