Hoe slaagt de koorddanser erin om haar evenwicht te bewaren en die fatale val uit de lucht te vermijden? Ze voelt zorgvuldig de beweging van haar lichaam en de trillingen van het touw en compenseert dienovereenkomstig elke afwijking van het evenwicht door haar zwaartepunt te verplaatsen. In een thermisch geëxciteerd systeem, de amplitude van de mechanische trillingen is direct gekoppeld aan de temperatuur van het systeem. Dus, door het elimineren van trillingen wordt het systeem gekoeld tot een lagere effectieve temperatuur.

In recente experimenten bij DTU Physics, onderzoekers hebben een kwantum-verbeterde feedbacktechniek gebruikt om de beweging van een mechanische oscillator ter grootte van een micron te dempen, waardoor de temperatuur met meer dan 140 graden onder kamertemperatuur wordt gekoeld. Het belangrijkste is, dit werk demonstreert een nieuwe toepassing van geperst licht waardoor een verbeterde gevoeligheid voor de mechanische beweging mogelijk is en daardoor een efficiëntere extractie van informatie over hoe de dempingsfeedback moet worden aangepast.

In het experiment, de mechanische beweging van een microtoroïdale resonator werd continu gedetecteerd met behulp van laserlicht dat in de resonator circuleerde. Met behulp van die informatie werd een elektrische feedbackkracht op maat gemaakt en toegepast die altijd uit fase was met de momentane beweging - dat wil zeggen, wanneer de beweging naar boven was gericht, zou de feedbackkracht dit tegengaan door de torus naar beneden te duwen en vice versa. Met gewoon - klassiek - laserlicht, deze techniek wordt uiteindelijk beperkt door de intrinsieke kwantumruis van de sondelaser, en dat stelt de klassieke limiet voor hoe efficiënt de feedbackkoeling kan zijn.

Zoals nu aangetoond door DTU-onderzoekers, deze limiet kan worden overschreden door quantum-engineered geperst licht te gebruiken. In het experiment, een verbetering van meer dan 12% ten opzichte van de klassieke grenstemperatuur werd bereikt. Deze verbetering werd beperkt door inefficiënties van het specifieke systeem, waardoor informatie over de mechanische beweging verloren ging. Het volledige potentieel van de gedemonstreerde techniek kan worden ontplooid door toepassing op ultramoderne optomechanische systemen, met beloften voor het bereiken van de bewegingsquantumgrondtoestand van een mechanische oscillator in experimenten op kamertemperatuur. Dit zou de weg vrijmaken voor een overvloed aan nieuwe optomechanische onderzoeken van de fundamentele kwantumfysica en een cruciale stap vormen in de richting van de ontwikkeling van nieuwe kwantumtechnologieën voor detectie en informatieverwerking op basis van micromechanische oscillatoren.