洛桑联邦理工学院、剑桥大学、IBM研究-苏黎世分校的科学家们一起，揭示了光和机械运动之间相互作用中的新动力学，对旨在规避著名的“反向作用限制”问题中探测器的影响量子测量具有重要意义。近些年来，机械运动的经典测量极限已经超出了预期，例如在第一次直接观测引力波时，表现为千米级光学干涉仪中镜面的微小位移。在微观尺度上，原子力显微镜和磁共振力显微镜现在可以揭示材料的原子结构，甚至可以感觉到单个原子的自旋。
但是使用纯粹的常规手段，所能达到的敏感性有限。例如，在量子力学中，海森堡测不准原理暗示了“测量反作用”的存在：对粒子位置的精确测量总是会破坏任何关于它的动量，因此也就破坏了预测它的任何未来位置。回溯规避技术专门设计为“绕过”海森堡不确定性原理，通过仔细控制测量中获得的信息和未获得信息，例如只测量振荡器的振幅而忽略其相位。理论上，这种方法具有无限的灵敏度，但代价是只有一半的可用信息。
但撇开技术挑战不谈，科学家们普遍认为，这种光机械相互作用产生的任何动力效应，都不会带来任何进一步的复杂性。现在，为了提高此类测量的灵敏度，洛桑联邦理工学院的Tobias Kippenberg实验室与剑桥大学和IBM研究-苏黎世分校的科学家合作，发现了新的动力学，对可实现的灵敏度施加了意想不到的限制。在发表在《物理评论X》期刊上的这项研究表明，光学频率的微小偏差与机械频率的偏差一起，可能会产生严重的后果（即使在没有外来影响的情况下）。
因为机械振荡开始失控地放大，模仿“简并参数振荡器”的物理特性。在两个截然不同的光学机械系统中发现了相同行为，一个使用光学，另一个使用微波辐射，证实了这种动力学并不是任何特定系统所独有的。洛桑联邦理工学院的研究人员通过调整频率绘制了这些动态的图景，证明了与理论的完美匹配。第一作者、科学家伊泰·肖罗尼(Itay Shomroni)表示：其他动力不稳定性几十年来一直为人所知，并被证明会困扰引力波传感器。现在，这些新结果必须在未来的量子传感器设计和相关应用中考虑，例如无反作用的量子放大。
博科园｜研究/来自：洛桑联邦理工学院
参考期刊《物理评论X》
DOI: 10.1103/PhysRevX.9.041022
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