聲子激光器有望用于制造比射頻設備更小、更快、更節(jié)能的微芯片。

羅切斯特大學和羅切斯特理工學院的科學家研發(fā)出一種壓縮聲子激光器，有望幫助開發(fā)"無法干擾"的導航系統(tǒng)，并深入探索糾纏等量子現(xiàn)象。

激光器自20世紀60年代首次發(fā)明以來，為研究和實際應用開辟了新途徑。從矯正視力手術到核聚變研究的等離子體約束，從娛樂到超市加快結賬速度，激光如今已成為我們日常生活的一部分。

雖然我們使用的激光器控制的是光子（即光粒子），但科學家也制造出了控制其他基本粒子（如振動和聲音）的激光器。這些粒子被稱為聲子，為量子物理、引力和粒子加速等領域的進一步研究提供了可能。

聲子為何重要？

聲子是準粒子，因為它們代表了彈性結構振動模式在量子力學量子化中的激發(fā)態(tài)。簡單來說，就像光子是量子化的光波一樣，聲子就是量子化的聲波。

這一概念于1930年首次提出，其重要性在于有助于理解凝聚態(tài)物質系統(tǒng)。經典力學將簡正模式視為波狀現(xiàn)象，而聲子也表現(xiàn)出粒子般的特性，因此獲得了"準粒子"的稱號。

羅切斯特大學光學物理學教授尼克·瓦米瓦卡斯與同事于2019年演示了一種聲子激光器。研究人員利用光鑷在真空中捕獲并懸浮聲子，展示了這項技術，但也遇到了噪聲問題。

降低聲子激光器的噪聲

瓦米瓦卡斯在新聞稿中表示："雖然肉眼看去激光是穩(wěn)定的光束，但實際上存在很多波動，當用激光進行測量時會產生噪聲。通過用光以恰當方式推拉聲子激光器，我們可以顯著降低這種聲子激光器的波動。"

研究人員成功壓縮了聲子激光器固有的熱噪聲，并且能夠比基于光子的激光器或射頻源更精確地測量加速度。

研究人員還相信，他們的設備可用于精確測量重力和其他力。綜合起來，這些技術可用于制造量子指南針，這種指南針不僅更精確，而且由于不依賴衛(wèi)星運行，因而"無法被干擾"。

由于高頻聲學振蕩也可用于操縱量子態(tài)，聲子激光器可用于更詳細地研究這些量子態(tài)，為未來的量子傳感和量子計算開辟道路。

此外，聲子激光器可作為表面聲波源，用于操作微芯片。用這些芯片制造的設備將比基于射頻的設備更快、更小、更節(jié)能。

由于聲波比光波更能有效地穿過含水組織，研究人員還熱衷于開發(fā)基于聲子的激光器，以便未來實現(xiàn)精確的超聲成像甚至無創(chuàng)治療。

瓦米瓦卡斯及其同事熱切期待這項技術在未來這些方面取得進展。

他們的研究成果發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

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