达到波导中声音的量子基态科学家们又近了一步

由BirgitStiller博士领导的马克斯·普朗克光科学研究所的科学家团队成功地冷却了波导中行进的声波，其冷却效果比以前使用激光所能达到的效果要大得多。这一成就代表着朝着在波导中达到声音量子基态的最终目标迈出了重大一步。

可以消除室温下声波产生的不需要的噪音。这种实验方法不仅可以更深入地理解声音从经典现象到量子现象的转变，而且与量子通信系统和未来的量子技术相关。

通过完全冷却系统可以达到一定频率的声波的量子基态。通过这种方式，对量子测量造成干扰的量子粒子(即所谓的声学声子)的数量可以减少到几乎为零，并且弥合了经典力学和量子力学之间的差距。

过去十年来，重大技术进步使得各种系统进入这种状态成为可能。谐振器中两个镜子之间振荡的机械振动可以冷却到非常低的温度，直至量子基态。对于可以传播高频声波的光纤来说，这还不可能。现在，斯蒂勒研究小组的研究人员距离这一目标又近了一步。

在他们最近发表在《物理评论快报》上的研究中，他们报告说，他们能够利用激光冷却将室温下光纤中的声波温度降低219K，比之前报道的温度降低了10倍。最终，初始声子数在74K(-199摄氏度)的温度下减少了75%。

通过使用激光，温度的急剧降低成为可能。传播声波的冷却是通过受激布里渊散射的非线性光学效应实现的，其中光波与声波有效耦合。

通过这种效应，激光可以冷却声振动并创造一个热噪声较少的环境，例如，热噪声在某种程度上对于量子通信系统来说是“干扰”噪声。“除了这种强相互作用之外，玻璃纤维的一个有趣的优点是，它们可以在长距离上出色地传导光和声音，”该文章的主要作者之一、该大学的博士生劳拉·布拉兹克斯·马丁内斯(LauraBlázquezMartínez)说道。斯蒂勒研究小组。

之前进入量子基态的大多数物理平台都是微观的。然而，在这个实验中，光纤的长度为50厘米，并且在整个50厘米的光纤芯上延伸的声波被冷却到极低的温度。

量子光声学小组负责人BirgitStiller博士表示：“这些结果是朝着波导量子基态迈出的非常令人兴奋的一步，对如此长的声学声子的操纵为量子技术中的宽带应用开辟了可能性。”

在日常的古典世界中，声音可以理解为介质中的密度波。然而，从量子力学的角度来看，声音也可以描述为一种粒子：声子。这种粒子，即声量子，代表了特定频率下声波的最小能量。为了观察和研究单个声音量子，必须最大限度地减少声子的数量。

在量子基态中，声音从经典行为到量子行为的转变通常更容易观察到，其中声子数量平均接近于零，因此振动几乎被冻结，并且可以测量量子效应。

斯蒂勒说：“这打开了实验新领域的大门，使我们能够更深入地了解物质的基本性质。”使用波导系统的优点是光和声音不会束缚在两个镜子之间，而是沿着波导传播。声波作为连续体存在——不仅针对特定频率——而且可以具有很宽的带宽，这使得它们在高速通信系统等应用中具有广阔的前景。

研究小组负责人强调说：“我们对将这些纤维推入量子基态所带来的新见解非常感兴趣。”“不仅从基础研究的角度来看，这使我们能够窥视扩展物体的量子本质，而且还因为它在量子通信方案和未来量子技术中的应用。”

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