光量子挤压器：室温下降低量子噪声的新技术

日前，麻省理工学院LIGO（激光干涉引力波天文台）實验室的一个科研团队设计了一种光量子挤压器（quantum light squeezer），第一次在室温下将入射激光束的量子噪声降低15%，达到低于标准量子极限的水平。

据悉，这是第一种可以在室温下工作的光挤压器，它将能进一步改进受量子噪音限制的高精度激光测量与调制，在量子计算和引力波探测等领域进行更精确的测量。相关成果发表在近期的《自然·物理》杂志上。

新光量子挤压器的核心构造是一个只有弹珠大小的光学共振腔。共振腔安置在真空室中，包含两面镜子，其中较大的镜片是固定的，而另一个较小的镜片则是整个系统的核心部件，它比一根头发丝的直径还小，质量仅为50纳克，悬挂在一根弹簧状的悬臂上，可来回移动。一个光子就可以稍稍影响小镜片的运动状态。一束激光光子进入共振腔时，会在两面镜子之间来回反射。光子的辐射压对较小的镜片施加力的作用，使之来回摆动，这样激光光子离开共振腔时就会处于一种特殊的挤压状态。

事实上，要在室温条件下实现挤压光是非常困难的，这是因为室温下周围环境中的热量已经足以影响系统的可移动部件，热量涨落造成的抖动会淹没量子噪声的任何影响。在此之前，为了屏蔽热噪声，研究人员不得不将系统冷却到10开尔文（零下263摄氏度）左右。对低温的依赖无疑极大地限制了光量子挤压器的应用场景。

目前，麻省理工学院LIGO实验室的研究人员已经将新光量子挤压器安装在LIGO的探测器上，用来研究干涉仪内激光产生的量子噪声。据了解，2015年9月14日，LIGO第一次探测到了两颗巨大黑洞碰撞产生的引力波。当两颗巨大的天体碰撞时，时空被有节奏地拉伸和压缩，如水中涟漪般传播出去，这就是引力波。