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，特别是在大尺度或“宏观”尺度上。传统上，这种观察仅限于接近绝对零度的环境，在那里量子效应更容易被探测到。但对极端低温的要求一直是一个主要障碍，限制了量子技术的实际应用。
现在，由EPFL的托比亚斯·j·基彭伯格和尼尔斯·约翰·恩格尔森领导的一项研究重新定义了可能性的界限。这项开创性的工作将量子物理学和机械工程相结合，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的状态一直是一个公开的挑战，”Kippenberg说。“我们的工作有效地实现了海森堡显微镜——长期以来被认为只是一个理论玩具模型。”
在他们发表在《自然》杂志上的实验装置中，研究人员创造了一个超低噪音的光机械系统——一个光和机械运动相互连接的装置，使他们能够高精度地研究和操纵光如何影响运动物体。
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影响，科学家们使用了腔镜，这是一种专门的镜子，可以在一个有限的空间(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，镜子的图案是晶体状的周期性(“声子晶体”)结构。
另一个关键部件是一个直径4毫米的鼓状装置，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开来的关键，这使得在室温下探测微妙的量子现象成为可能。
恩格尔森说:“我们在这个实验中使用的鼓是多年来努力创造与环境隔离良好的机械振荡器的高潮。”
“我们用来处理臭名昭著的复杂噪声源的技术，对更广泛的精密传感和测量领域具有高度相关性和影响，”领导该项目的两名博士生之一黄冠豪(音译)说。
该装置允许研究人员实现“光压缩”，这是一种量子现象，光的某些特性，如强度或相位，被操纵以减少一个变量的波动为代价，增加另一个变量的波动，正如海森堡原理所指示的那样。
通过在他们的系统中展示室温下的光压缩，研究人员表明他们可以在不需要极低温度的情况下有效地控制和观察宏观系统中的量子现象。表格顶部
该团队认为，在室温下操作系统的能力将扩大对量子光力学系统的访问，量子光力学系统是建立在宏观尺度上的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强烈相互作用，例如被困的原子云，”领导这项研究的另一位博士生阿尔贝托·贝卡里补充道。“这些系统对量子信息很有用，并帮助我们了解如何创建大型、复杂的量子态。”
