在美國海軍資助下，美國羅切斯特理工學院開發出基於光子學的新型感測技術，實現了量子領域一大突破

來自美國羅切斯特理工學院（RIT）的研究人員開發出一種新型感測技術，與現有感測技術相比，能夠更精確地捕獲數據，且體積更加輕小，成本更加便宜。該研究由美國海軍研究辦公室資助。

圖為光學俘獲示意圖

項目情況

該研究為期三年，資助經費共55萬美元。RIT的Bhattacharya研究員在納米尺度上測量了光與物質之間的相互作用，並且分析測量了弱電磁場和重力作用。

原理

納米顆粒的光懸浮特性使之能夠在空間中浮動，精細聚焦的激光束將形成「光學鑷子」，並創建一個微小的隔離實驗室用於研究微妙的量子態。RIT的Mishkat Bhattacharya教授及其合作者Nick Vamivakas利用此實驗平台驗證了他們的理論假設。Bhattacharya教授從事新型光懸浮領域的工作，這是一個利用激光光束約束納米粒子的物理學領域。

激光俘獲

激光俘獲，又稱「激光鑷子」，可以檢測在隔離和消除周圍物理干擾時量子效應的極限。通過使用激光捕獲技術，Bhattacharya教授探測了納米粒子的量子效應，將量子力學帶入到新的更高水平，納米粒子中包含了數十億個原子。他將量子力學（解釋微觀世界現象）與經典物理學（解釋宏觀世界現象）相結合，並探討了宏觀量子物理學中的光物質相互作用。

對比試驗

Bhattacharya教授表示：「光懸浮系統為研究量子光學、信息科學、精密測量和感測提供了一個良好的平台。」為了探索海軍研究辦公室中不同的納米系統，Bhattacharya教授將一個納米金剛石隔離在一束激光當中，激光使納米顆粒轉變成了一個懸浮的探針。Bhattacharya教授對光的特性以及納米顆粒周圍的電磁場和重力信息感興趣。他與合作夥伴Pardeep Kumar博士、物理專業Wyatt Wetzel合作共同測試驗證了其理論預測。他在海軍研究辦公室的首項研究成果是確定了能夠用懸浮的鑽石晶體檢測的最小的力的大小。新項目研究了三個納米系統的實驗結果，每個系統都在不同的條件下俘獲納米粒子，分別為：

對磁場自旋敏感或對電場的過量電荷敏感的含有雜質的粒子；

在三維空間中擺動的粒子；

波長大於可俘獲閾值的粒子；

意義

量子力學是納米級世界的一扇大門，受到不同的物理規律的約束。Bhattacharya說：「量子物理學有其獨特的規則，不同於我們熟悉的日常物理宇宙。」光力學探討了納米領域內輕物質與微粒之間的相互作用。感測技術在這些亞微觀尺度上得到了進一步的發展，我們可以對世界的物理特性進行更精細的測量，如電場、磁場、溫度、力、速度、速度、重力等。據Bhattacharya描述，量子感測器有望實現檢測引力波，發現暗物質。

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