达到波导中声音的量子基态：科学家又迈进了一步

马克斯普朗克光科学研究所的 Birgit Stiller 博士领导的科学家团队成功冷却了波导中传播的声波，冷却程度远远超过以前使用激光所能达到的程度。这一成就代表着朝着在波导中达到声音的量子基态的最终目标迈出了重要一步。

声波产生的噪音可以消除。这种实验方法既提供了对从经典现象到量子现象的转变的更深理解，并与量子通信系统和未来量子技术相关。

可以通过完全冷却系统来达到特定频率声波的量子基态。这样，对系统造成干扰的量子粒子（即所谓的声子声子）的数量就会减少。，可以减少到几乎为零，经典和桥接。

在过去十年中，技术取得了重大进展，使各种系统能够进入这种状态。谐振器中两个镜子之间振荡的机械振动可以冷却到极低的温度，直至量子基态。对于高频能够繁殖。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。

在他们的研究中，最近发布在物理评论快报，他们报告说，他们能够降低在一个最初在室温下使用激光冷却将声子数降低了 219 K，比之前报道的要高出十倍。最终，在 74 K（-199 摄氏度）的温度下，初始声子数减少了 75%。

通过使用激光，温度可以大幅降低。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，其中有效地与声波耦合。

通过这种效应，激光冷却了声学振动，创造了一个热噪声较少的环境，而热噪声在某种程度上是量子通信系统的“干扰”噪声。“除此之外，玻璃纤维还有一个有趣的优势，它们能够在长距离内出色地传导光和声音，”本文的主要作者之一、斯蒂勒研究小组的博士生劳拉·布拉斯克斯·马丁内斯 (Laura Blázquez Martínez) 说。

此前大多数进入量子基态的物理平台都是微观的，但在这个实验中，光纤的长度为50厘米，覆盖光纤芯整个50厘米的声波被冷却到极低的温度。

量子光声学小组负责人 Birgit Stiller 博士表示：“这些结果是朝着波导中的量子基态迈出的非常令人兴奋的一步，而对这种长声子的操纵为量子技术的宽带应用开辟了可能性。”

声音，在日常生活中，可以理解为介质中的密度波。然而，从量子力学的角度来看，声音也可以被描述为一种粒子：声子。这种粒子，即声量子，代表以特定频率出现的声波的最小能量。为了看到和研究单个声音量子，必须将声子的数量最小化。

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

斯蒂勒说：“这为新的实验领域打开了大门，让我们能够更深入地了解物质的基本性质。”使用波导系统的优势在于，光和声音不受两面镜子的束缚，而是沿着波导传播。声波以连续体的形式存在——不仅针对特定频率——而且可以具有宽带宽，这使得它们有望应用于高速通信系统等应用。

“我们对将这些光纤推向量子基态将带来的新见解非常热衷，”研究小组负责人强调道。“这不仅从基础研究的角度来看，让我们能够窥视扩展物体的量子性质，还因为这在量子通信方案和未来量子技术中可能具有应用。”