自激光器问世以来，该光学工具已深刻改变了科学研究和人类生活。从日常的条码扫描到医学视力矫正，激光技术的应用已渗透社会各个领域。然而，科学家们的探索并未止步于对光子的控制。近年来，研究人员将激光原理推广至其他微观粒子，其中声子——即振动或声波的量子化单元——成为了新的研究焦点。掌握声子技术的关键意义于，它可能开启获得量子纠缠等非经典量子效应的新途径，为基础物理研究和精密测量打开全新的可能性。 罗切斯特大学光学研究所的研究团队在这一领域取得了重要进展。早在2019年，该所玛丽·C·威尔逊和约瑟夫·C·威尔逊光学物理学教授尼克·瓦米瓦卡斯就曾通过在真空环境中利用光镊技术捕获和悬浮振动粒子，首次演示了声子激光器的可行性。这一成果标志着人类在微观振动控制领域迈出了关键一步。然而，要使这一系统真正用于精密测量应用，研究人员存在一个普遍存在的技术难题：噪声干扰。 噪声问题是所有激光系统都必须克服的根本性挑战。虽然肉眼观察激光呈现为稳定的光束，但实际上其内部存在大量微观波动。这些不规则的波动会对测量信号造成污染，直接限制了测量精度的上限。瓦米瓦卡斯教授指出，通过以精确的方式用光对声子激光器进行推拉作用，可以显著抑制这些不必要的波动。 为了解决这一问题，研究团队采用了称为"压缩"的先进技术手段。这种方法通过特殊的光学操控方式，有效降低了声子激光器中固有的热噪声。降低噪声水平直接转化为测量精度的提升。根据研究结果，这种基于压缩声子激光器的测量方法相比传统光激光器或射频技术具有更高的精度优势，在加速度测量等应用中表现出色。 精密测量能力的提升为多个领域的应用开辟了前景。其中最具潜力的应用方向是精密导航系统的开发。研究人员已经提出了"量子罗盘"的概念，这是一种基于量子原理的高精度导航工具，具有抗干扰能力强、不依赖卫星信号等优势，可作为全球定位系统的替代或补充方案。声子激光器在降低测量噪声、提高系统精度上的突破，为这类量子导航装置的实现提供了重要的技术支撑。此外，在重力测量、基础物理研究和量子计算等领域，声子激光器的应用潜力同样值得期待。 这项研究得到了美国国家科学基金会的资助支持，涉及的成果已在国际顶级学术期刊《自然·通讯》上发表，标志着该领域研究已获得国际学术界的认可。
从实现相干声子到精确控制相干声子，压缩声子激光器的进展标志着量子测量技术正从理论走向实用。随着研究的深入，该技术有望为传感、导航和基础物理研究开辟新的可能性。