洛桑聯邦理工學院、劍橋大學、IBM研究-蘇黎世分校的科學家們一起，揭示了光和機械運動之間相互作用中的新動力學，對旨在規避著名的“反向作用限制”問題中探測器的影響量子測量具有重要意義。近些年來，機械運動的經典測量極限已經超出了預期，例如在第一次直接觀測引力波時，表現為千米級光學干涉儀中鏡面的微小位移。在微觀尺度上，原子力顯微鏡和磁共振力顯微鏡現在可以揭示材料的原子結構，甚至可以感覺到單個原子的自旋。
但是使用純粹的常規手段，所能達到的敏感性有限。例如，在量子力學中，海森堡測不準原理暗示了“測量反作用”的存在：對粒子位置的精確測量總是會破壞任何關於它的動量，因此也就破壞了預測它的任何未來位置。回溯規避技術專門設計為“繞過”海森堡不確定性原理，通過仔細控制測量中獲得的信息和未獲得信息，例如只測量振盪器的振幅而忽略其相位。理論上，這種方法具有無限的靈敏度，但代價是隻有一半的可用信息。
但撇開技術挑戰不談，科學家們普遍認為，這種光機械相互作用產生的任何動力效應，都不會帶來任何進一步的複雜性。現在，為了提高此類測量的靈敏度，洛桑聯邦理工學院的Tobias Kippenberg實驗室與劍橋大學和IBM研究-蘇黎世分校的科學家合作，發現了新的動力學，對可實現的靈敏度施加了意想不到的限制。在發表在《物理評論X》期刊上的這項研究表明，光學頻率的微小偏差與機械頻率的偏差一起，可能會產生嚴重的後果（即使在沒有外來影響的情況下）。
因為機械振盪開始失控地放大，模仿“簡併參數振盪器”的物理特性。在兩個截然不同的光學機械系統中發現了相同行為，一個使用光學，另一個使用微波輻射，證實了這種動力學並不是任何特定系統所獨有的。洛桑聯邦理工學院的研究人員通過調整頻率繪製了這些動態的圖景，證明了與理論的完美匹配。第一作者、科學家伊泰·肖羅尼(Itay Shomroni)表示：其他動力不穩定性幾十年來一直為人所知，並被證明會困擾引力波傳感器。現在，這些新結果必須在未來的量子傳感器設計和相關應用中考慮，例如無反作用的量子放大。
博科園｜研究/來自：洛桑聯邦理工學院
參考期刊《物理評論X》
DOI: 10.1103/PhysRevX.9.041022
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