在量子力学领域，在室温下观察和控制量子现象的能力长期以来一直难以捉摸，尤其是在大尺度或“宏观”尺度上。传统上，此类观测仅限于接近绝对零的环境，在那里量子效应更容易检测到。但对极冷的要求一直是限制量子技术实际应用的主要障碍。

现在，由洛桑联邦理工学院 (EPFL) 的托比亚斯·J·基彭伯格 (Tobias J. Kippenberg) 和尼尔斯·约翰·恩格尔森 (Nils Johan Engelsen) 领导的一项研究重新定义了可能性的界限。这项开创性工作将量子物理学和机械工程融合在一起，实现了室温下量子现象的控制。

“几十年来，达到室温量子光力学状态一直是一个公开的挑战，”基彭伯格说。 “我们的工作有效地实现了海森堡显微镜——长期以来人们认为这只是一个理论上的玩具模型。”

在《自然》杂志上发表的实验装置中，研究人员创建了一个超低噪声光机械系统——光和机械运动互连的装置，使他们能够高精度地研究和操纵光如何影响移动物体。

室温的主要问题是热噪声，它会扰乱微妙的量子动力学。为了最大限度地减少这种情况，科学家们使用了腔镜，这是一种特殊的镜子，可以在有限的空间(腔)内来回反射光线，有效地“捕获”光线并增强其与系统中机械元件的相互作用。为了减少热噪声，反射镜采用类似晶体的周期性(“声子晶体”)结构图案。

另一个关键组件是一个 4 毫米鼓状装置，称为机械振荡器，它与腔内的光相互作用。其相对较大的尺寸和设计是将其与环境噪声隔离的关键，使得在室温下检测微妙的量子现象成为可能。 “我们在这个实验中使用的鼓是我们多年来努力创造与环境隔离的机械振荡器的结晶，”恩格尔森说。

“我们用来处理臭名昭著且复杂的噪声源的技术与更广泛的精密传感和测量领域具有高度相关性和影响力，”领导该项目的两名博士生之一黄冠豪说。

该设置使研究人员能够实现“光学挤压”，这是一种量子现象，其中光的某些属性(例如其强度或相位)被操纵以减少一个变量的波动，但以增加另一个变量的波动为代价，正如海森堡的理论所指出的那样原则。

通过在系统中演示室温下的光学压缩，研究人员表明他们可以有效地控制和观察宏观系统中的量子现象，而不需要极低的温度。表格顶部

该团队认为，在室温下操作系统的能力将扩大量子光机械系统的使用范围，该系统是宏观尺度上量子测量和量子力学的测试平台。

“我们开发的系统可能会促进新的混合量子系统，其中机械鼓与不同的物体(例如被捕获的原子云)强烈相互作用，”领导这项研究的另一位博士生阿尔贝托·贝卡里(Alberto Beccari)补充道。 “这些系统对于量子信息很有用，可以帮助我们了解如何创建大型、复杂的量子态。”