沉痛悼念钱学森学长

突然听到这个消息，非常震惊！从10年前我进入西安交大念书，接受新生教育，他就一直是我的偶像。他的一生，波澜壮阔；他的事业，流芳千古。他一直是我们
交大人的旗帜和榜样。什么是以身许国，他就是！他能够把自己的一生投入到这么一个伟大的事业中来，是多么幸福的事情啊！人民科学家，钱学森当之无愧。

回国一月

我回国差不多一个月了，有一小半的时间在家度过，剩下一半在学校度过，另外还在北京住了几天，真是非常忙碌的一个月。

我一出机场，就看到了女朋友，她特意来北京接我。我在北京住了两天，陪女朋友逛了逛街，在朋友那里做了个学术报告。
正值国庆前夕，北京到处是节日气氛。我们还特意去看了看天安门，去奥运场馆看了看，参观了鸟巢。然后我们一起坐火车回家，不过她家在武汉，我家在孝感。我
在家过了国庆才到学校。在家的这十几天我去了两次女朋友家，看到武汉到处都在修路，日程表已经排到了2012年。我们去看了场电影《风声》，谍战片，值得
一看。而孝感也有了不小的变化：换了新路灯，整修了道路，看起来好多了。

回到学校，也有不小的变化。我们研究组的办公室搬了，组里的人大部分都不认识了，导师开始发展实验，正在修实验室。学校旁边的沙坡和黄埔庄都拆了，
正在修高楼。
超市的瓜子和花生都涨价了，还好冰红茶没有涨价。食堂的饭菜也涨了一些，不过还在可承受的范围内。最大的变化是我寝室的床变了，跟本科时一样下面书桌上面
床铺。我在美国睡了两年地铺，实在有点不习惯这么高的床。不过我没有时间来发感触，现在最重要的是毕业。在学校的这十几天一直在填各种表格，做答辩前的准
备。但愿一切顺利。

通向生命体的量子叠加态?

量子叠加态最大能够在多大的系统中存在？目前已经在光子，原子，以及cooper对中看到了薛定谔猫态。下一步是什么，当然是微型的机械系统了。通过光 （纳米）机械振子技术，我们可能很快就可以看到振子系统的薛定谔猫态了。可是，我们能够真的在生物体中看到薛定谔猫态么？似乎不可能，但最近的理论工作告诉我们这是可行的^[1]。通过光镊技术，可以把几十个纳米大小的振子束缚在光势阱中。这个振子几乎是完全与环境脱耦的，有可能通过光驱动冷却到基态，从而制备出 薛定谔猫态出来。要知道，很多病毒是能够在真空中生存的。因此如果我们把病毒束缚在振子中，我们就可能制备出具有生物活性的系统的量子叠加态。这种量子叠 加态与薛定谔当年提出的薛定谔猫态就几乎一模一样了。同样的技术也可能用于其他基于光学机械振子系统的各种量子信息处理过程^[2]。
[1] Oriol Romero-Isart, Mathieu L. Juan, Romain Quidant, & J. Ignacio Cirac (2009). Towards Quantum Superposition of Living Organisms, arXiv: 0909.1469v1
[2] D. E. Chang, C. A. Regal, S. B. Papp, D. J. Wilson, J. Ye, O. Painter, H. J. Kimble, & P. Zoller (2009). Cavity optomechanics using an optically levitated nanosphere, arXiv: 0909.1548v1

科学美国人网站上也报道了这个结果,里面的解说更加详细和具体.

论文被接收了

我六月份投稿的论文已经被PRA接收了，这也将是我博士期间发表的第四篇PRA。这篇论文研究了相位噪声这个激光冷却机械振子的技术问题，提出了一个解决方案，可以缓解这个技术问题，帮助我们冷却振子到基态，然后讨论了测量量子区域附近的机械振子热声子数的一个理论方案。

这个工作源自冷却机械振子的一个困难。人们发现， 冷却机械振子时，驱动光的相位噪声影响很大。初步估计，如果希望冷却振子到基态，需要驱动光的谱线宽度远小于1赫兹。这在实验上是不可能的。我们发现，如 果引人两个腔模与同一个振子模耦合，腔模的频率差正好等于振子模的频率。那么在边带可分辨条件满足的情况下，相位噪声被压缩了(ω_m/γ)²倍。这里的ω_m是振子频率，γ是光学腔的衰减率。由于这种改善，相位噪声的影响被大大压缩。根据估计，目前实验上可以买到的带宽1000赫兹的激光其相位噪声应该不会妨碍我们冷却振子到基态。这个结果对提高冷却效率，降低冷却温度应该有所帮助。

接下来，我们也讨论了如何测量量子区域的热声子数。目前已经有成熟的实验方案来测量振子冷却后的声子数。为什么我们还要提出一个新的方案呢？因为现 有的技术要求测量声子的噪声谱，要比较初始和末了时的噪声谱，从而得到声子的温度。这个方案有一个最低的可测量温度，由背景噪声限制而得。我们提的方案类 似于离子阱系统中测量声子的技术。我们测量的是红边带和蓝边带的散射输出光的强度。根据这个强度之比，我们可以算出热声子数。我们的方案不需要知道环境的 温度，也不需要测量噪声谱。更关键的是，我们的方案只在振子降温到量子区域附近后才变得精确和可靠。虽然目前还没有实验把振子降温到量子区域，但是我们希 望未来实现这个目标后，我们的测量方案能够在实验中发挥作用。

Party与音乐会

我上周六参加了一个party，里面的主要节目是音乐会，我觉得非常精彩。

Party的由来是北大密歇根州校友会为了欢迎北大暑期交换生而举办的。据说这次北大化学系来密歇根大学的交换生有二三十人，密歇根大学的学生乐队T.R.I.摇滚乐队被请来助兴。我因为认识乐队的一位成员，所以被他邀请参加。聚会是在北大的一位校友家举行的。她们家房子很大，后面还有一个满大的草坪，正好供乐队演出。我去后才发现，居然来了这么多人，粗略估计在70人以上。我们组的小师弟因为是北大校友，所以也参加了。另外我还认识几位物理系的学生。但其他更多的人我是一个也不认识。不过主持人我倒是认识的，他是一位非常活跃的人，主演过密大春节晚会的小品《谁动了我的笔记本》，非常精彩。这个小品的其他演员也都参加了这次聚会。

互相介绍和吃午饭什么的就不说了。下午两点多，乐队表演正式开始。T.R.I乐队只有5名成员，四名中国人，最后一个键盘手是美国人。演出的过程算是一波三折。刚开始半个小时，突然阴云密布，下起了小雨。这时主唱说，我们下一首歌是《不语》，希望大家都吼出声来，把雨给吼回去。也奇怪，一曲之后，雨居然就停了。过了十几分钟，居然出太阳了。还有一个好玩的事是，乐队主唱正在表演时，突然头顶传来嗡嗡声，几秒后，三架飞机编队从我们头顶低空飞过，似乎是为我们的音乐会助兴。到了演出的后期，又有一架直升飞机从我们头顶飞过。

乐队表演的曲目一半是翻唱经典曲目，一半是原创歌曲，还有一曲朋克曲子。我在喇叭旁边听，感觉非常震撼。这种感觉比起我6年前在交大思源活动中心门口听到的摇滚乐演出又有不同。那时我像是一个局外人一样，隔着老远在旁观。这次可是近距离欣赏。乐队的主唱是最有音乐人气息的，留着一头飘逸的长发。其实他的主业是西安交大的生物博士生，目前在密歇根大学访问。另外几位乐队成员也大都是密歇根大学的博士生。其中有一位已经毕业了，即将离开安娜堡到旁边一个州某大学担任助理教授。看到这些人的多才多艺，我不禁自惭行愧。他们的博士生活可过得真是多姿多彩！

New paper: cooling limits and measurement of optomechanical oscillator

New paper dance now.

arXiv:0906.1379

Title: Phase noise and laser cooling limits of opto-mechanical oscillators
Author: Zhang-qi Yin

Abstract: The noise from laser phase fluctuation sets a major technical obstacle to cool the nano-mechanical oscillators to the quantum region. We propose a cooling configuration based on the opto-mechanical coupling with two cavity modes to significantly reduce this phase noise. After optimization of the cavity parameters, we show through simple arguments that the intrinsic cooling limit of the opto-mechanical oscillator is set by $T_{\text{env}}/Q$, where $T_{\text{env}}$ is the environment temperature and $Q$ is the mechanical quality factor. We also discuss detection of the phonon number when the mechanical oscillator is cooled near the quantum region and specify the required conditions for this detection.

Update in 17th June: Today I found a similar paper published in PRL: Three-Mode Optoacoustic Parametric Amplifier: A Tool for Macroscopic Quantum Experiments, by Chunnong Zhao and et al.. The earlier version of the paper was posted in arXiv:0710.2383v3, which didn’t investigate the phase noise in detail and was already cited in my paper.

Several interesting papers in the last months

It has been for a long time since my last post on quantum physics. Here I select some interesting papers on cavity and optomechanics.

One most interesting paper I read in the last month is from Prof. Vahala and Prof. Painter’s groups. They demonstrated that micro-mechanical oscillator can be driven and cooled by the optical gradient force, other than traditional scattering radiation pressure. This approach makes it possible that photon momentum to be transferred over a length scale approaching the wavelength of light. They use double-disk structure, which provides back-action several orders larger than the previous one. They also demonstrate the cooling factor of 13 dB under heavily damped conditions (mechanical Q=4).

Another paper is discussing the proposal for a search for the cosmic axions using an optical cavity.  Axions, which were postulated 30 years ago, remain an attractive candidate for the cold dark matter of the universe. The proposal uses some stokes-like processes to detect the axions. The axions are absorbed by an optical cavity field of frequency . The sidebands appear on the carrier. The displacement of the sidebands is the axion frequency . The proposal is very sensitive.

The last one is discussing the possibility of realizing the strong coupling between a mechanical oscillator and a single atom, from Prof. Kimble’s group. The strong coupling between a cavity mode and a single atom has been accomplished for about 10 years. Once the strong coupling between a mechanical oscillator and a single atom was realized, there are countless application the the technique. Everything you have done in the Cavity-QED systems can be transferred to the optomechanical plus atomic systems. It allows us to coherent manipulation, preparation and measurement  of micromechanical objects.

代发广告：肖云峰研究员招收博士生和博后

北京大学人工微结构与介观物理国家重点实验室肖云峰系北京大学“百人计划”特聘研究员，博士生导师，创立了微纳光子学研究组。他们组现在的研究方向是芯片上的光学微腔的理论与实验研究。该类光学微腔可以应用于低阈值激光器、高灵敏度生物/化学/运动微型传感器、量子光学、非线性光学和量子信息处理等前沿交叉学科的研究。

肖云峰研究员，2007年中国科学技术大学博士毕业。攻读博士期间，他曾到美国俄勒冈大学，加州理工学院和哥伦比亚大学访问。2007-2008年在美国华盛顿大学(圣路易斯)电子工程系从事博士后研究。近五年来，在国际期刊Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. A, Appl. Phys. Lett., Opt. Lett.，Opt. Express等共发表学术论文30余篇，共被引用超过百次。被邀请为以下期刊的审稿人：Physical Review A, Phys. Review B, Applied Physics Letters, Physical Review Letters, Applied Optics, International Journal of Modern Physics B 和 Central European Journal of Physics.

下面是他们组招人的广告。

Opportunities for postdoctoral scholar and graduate students

We are looking for self-motivated postdoctoral scholars and graduate students who are interested in studying fundamental optical physics and exploring interesting phenomena in micro/nano-scale photonic devices. We are interested in scholars and students with background in physics, applied physics, electrical engineering, biology and material science. Currently interests of our group are ultra-high-quality optical resonators and their applications for low-threshold lasing, bio/chem sensing, nonlinear optics and quantum information processing. Scholars and students are also encouraged to extend our ultra-high-quality microresonators in more areas.

Opportunities for undergraduate students

We welcome undergraduate students who have passion in science and new technology in optics and photonics to join our group. Interesting projects in the areas of microfluidics, sensing, and nano/micro-fabrication are available for undergraduate students.

Communications should be sent to Professor Yun-Feng Xiao through yfxiao [at] pku [dot] edu [dot] cn

减小核自旋引起经典噪声的办法

对量子点系统来说，电子周围的原子核环境是经典噪声的主要来源。原子核的有效温度一般远远高于其居里点，所以可以认为他们处于一个完全混合态。其磁场的去向是完全杂乱的。但同时也是变化缓慢的。因此对电子来说，我们认为这是一个准静态的经典噪声。要消除这个噪声的影响，人们可以用回声法(echo)。另外人们发现，通过主动的驱动控制，是可以冷却核自旋，从而减小噪声的。

一种给核降温的办法是极化。当所有原子核都极化后，它就处于一个特定的状态，等效于零温。那么经典噪声就没有了。要实现这个，我们需要很强的驱动，对系统进行高效的极化，只有达到90％以上的极化后，才能有效的提高相干时间。在量子点系统中，极化率只达到了一半左右。在钻石NV系统中，极化率高很多，差不多有90%以上。因为NV系统的核自旋很少。另外一种办法，就是加强磁场，强迫核自旋极化。但是所需的磁场强度远远高于目前的技术所能实现的磁场。

最近，人们发现，通过巧妙的控制量子点与环境的耦合，我们可以把经典噪声压缩。或者说在外加控制下，核自旋感受到一个有效的势阱，能把核自旋产生的有效磁场聚焦到某个点上，大大减小这个噪声的分布宽度。虽然各个方案产生势阱用到的物理机制各有不同，但是用于计算相干时间所用的数学公式都是一样的，都是Fokker-Planck 方程，一个用于计算非平衡态的经典方程。在各种理论以及实验方案中（比如Phys. Rev. Lett. 99, 036602 （2008），arXiv:0902.2659），相干时间都能延长一个量级以上。这类方案是很有好处的，因为核自旋的取向能够维持若干秒钟，因此一次制备核自旋状态后，能够管很久。回声技术需要持续不断的加脉冲进行控制，这里就给免了。这个想法，也许能够帮助我们理解另外一个相关的实验，在那里核自旋只不过极化了1％，可是相干时间延长了70倍以上。
Rudner, M., & Levitov, L. (2007). Self-Polarization and Dynamical Cooling of Nuclear Spins in Double Quantum Dots Physical Review Letters, 99 (3) DOI: 10.1103/PhysRevLett.99.036602
Vink, I., Nowack, K., Koppens, F., Danon, J., Nazarov, Y., & Vandersypen, L. (2009). Locking electron spins into magnetic resonance by electron–nuclear feedback Nature Physics DOI: 10.1038/nphys1366
Reilly, D., Taylor, J., Petta, J., Marcus, C., Hanson, M., & Gossard, A. (2008). Suppressing Spin Qubit Dephasing by Nuclear State Preparation Science, 321 (5890), 817-821 DOI: 10.1126/science.1159221

面积定理很有趣

从量子信息的角度出发，人们在多体系统中发现了所谓的“area law”， 这是一个非常重要的定理，一个很重要的应用就是解释为什么DMRG算法对一维的凝聚态系统会那么有效。因为除了相变点附近，系统两个部分间纠缠的增长随着 系统增大是多项式增加的。或者说这个多体系统只有一点纠缠，我们可以用经典的算法来高效的模拟它的行为。另外也是从量子信息角度研究多体物理相变的一个重 要工具。我虽然不做这个方向，但是今天跟同学交流了一下，觉得它非常有意思。记下来，以后有时间了，可以研究一下。

update：再记录几篇有用的综述文献，一篇是有关麦克斯韦妖的，另外一篇是关于量子噪声与量子测量的。 前者比较短，二十多页，可以浏览浏览。后者极长，达100多页，其中一半是附录，可以作为工具书来参考。

继续梦想冷却镜子

一年前，我写过一篇blog，叫《冷却镜子的梦想》，稍微介绍了一下这方面的理论与实验进展。这一年来，实验上已经有了很大的进展，相关的理论也更加深入了。一年前，在光机械振子系统中，从室温开始冷却后的平均热声子数是5000多。现在，通过把系统浸泡在液氦环境中，初始环境温度2K附近，人们已经实现了把振子的平均热声子数降低到30到60。距离人们的梦想，平均声子数1以下只剩下一个量级多一点了。

这是一个进展十分迅速的领域，我相信人们能够在最近两三年内实现把镜子冷却到量子区域的梦想。一旦实现了这一梦想，将会产生广泛的影响，有很多激动人心的应用。比如制备机械振子的宏观量子纠缠态，压缩态等非经典态，探索量子力学与经典力学的边界;比如制备超过量子极限的探测器，用于探测极微小的位移和力的变化。这一技术对于观察引力波极为重要。我也想在这个领域留下自己的印记。去年我们曾经尝试过，后来放弃了，因为感觉可做的理论基本被人做完了。后来调整研究题目，写了一篇把光机械振子作为连续变量纠缠光源的理论方案。最近我重拾这个梦想，找了一个比较特殊的角度来做一点理论方案。希望这次能够做出一个完整的，对实验有参考价值的工作。

有关减小量子点退相干的理论与实验方案介绍，我会等一段时间再写。对此有兴趣的，可以先参考下面几篇文献：arXiv:0902.2659，arXiv:0902.2653，Phys. Rev. Lett 100, 056603 (2008)。

更新：有关冷却镜子应用于探索经典与量子的边界，见格致最近的一篇翻译文章，写得极好。

自然选择的量子特性

S Lloyd在最近的一期《Nature Physics》上写了一篇评述《A quantum of natural selection》。我读完后觉得这是一篇极好的文章。把其中的要点给大家介绍一下。

量子力学给了自然选择丰厚的礼物。主要有五件礼物：稳定性，可数性，信息，信息处理和随机性。在Lloyd眼中，自然选择包括从宇宙大爆炸到现在世界变化 的整个过程。正是有了量子性，我们的原子才是稳定的。正是因为观察宇宙的是分立的粒子，我们才可对这些粒子的构成，性质进行分析，因为它们是可数的。量子 系统中，两种正交的状态构成一个比特。量子比特，由于量子相干性，其可能状态是指数递增的。DNA分子中包含6×10⁹ 个比特，而它可能处于的状态是2^{6×10^9}个。这是一个天文数字，要知道宇宙粒子总数只有2³⁰⁰个。 信息处理包括把1变成0或者其它逻辑操作。在自然界中，每次两种物质通过化学反应生成第三种物质，就算一个信息处理过程。对DNA分子的信息处理更加复 杂，但是基本原理是类似的。随机性，这种特性人们一般认为是坏的，但是对量子力学来说，天然存在。正是有了随机性，才有了生物多样性。

人们一般以为量子特性只能在实验室低温情况下存在。因为高温会带来极快的退相干。 但是2007年人们在某种大分子中也发现了量子特性。这种大分子是一种细菌用于完成光合作用的。实验是在几十开尔文下做的。但是人们相信在室温下这种量子拍特性仍旧会存在（译注：2009年已经证实），理论计算表明量子传输效率在290开尔文下达到最大。这种量子特性完美的解释了为什么光合作用时能量传输效率超过99%。从经典的统计物理是无法解释这一现像的。

最后，作者对物理基本定律也做了一点评述。我们所知的物理定律也可能是自然选择出来的。Lee Smolin提出宇宙可能有很多个，从婴儿宇宙慢慢发展到我们这个成熟的宇宙。这些婴儿宇宙很类似，但也有小的差别。在这个过程中，有一些宇宙会被自然选 择出来，因为它们的物理定律支持生命，而其它表兄弟宇宙不支持。或者通过景观(landscape)理论，应该存在10⁵⁰⁰ 个不同的物理定律，都可能用于构造我们现在的这个宇宙。量子力学本身也是这些可能的物理定律之一。它之所以被自然选择出来，原因很简单，正如我们所见，它为生命出现提供了如此之多的条件。

量子点的主要退相干机制

量子点中的电子自旋作为量子比特是一个很有意思的实现量子计算的路径。它直接与现有的半导体技术对接，有很好的可扩展性。一个重要的技术与理论问题就是理解量子点的退相干机制，从而克服强退相干带来的不利影响。

要研究这个问题，我们首先要理解量子点这个模型，包含了哪些部分，且相互作用如何。构成量子点的材料一般是GaAs或者InAs。我们可以用自组织 法或者界面涨落来制备量子点。量子点一般是一个直径几十纳米，厚几纳米的圆面，电子可以被束缚在里面。我们可以认为电子是被束缚在一个二维的间谐势阱中， 其电子波函数应该是高斯型的。在量子点中，还存在着很多的原子构成的晶格。很显然，电子与原子核直接有相互作用，是自旋间的超精细耦合作用。临近的核自旋 间也有互相耦合。另外以电子作为媒介，能够诱导出两个相互远离的原子核直接的耦合作用。另外，在量子点周围加上磁场，可以控制量子点内部的能级分裂。

在 实验室中，我们一般是在液氦的低温区进行实验，这样能够减小晶格热噪声。可是对原子核自旋来说，它的居里点大概在μK量级，因此核自旋是完全杂乱无章的。 核自旋与电子自旋的耦合会引起一个有效的磁场。可由于核自旋取向完全无方向，因此这个有效磁场平均值为零，但根方差大概为几个毫特斯拉。 这是一种经典的噪声，能够引起电子自旋中的退相干。这种退相干对应的特征时间叫做T2*，一般为1-10纳秒。实际上电子自旋的相位信息并未完全丢失，我 们可以用回声技术把相位从新从核自旋中收回来。所谓回声技术，就是在时间T对电子自旋做一个X操纵，相当于让它进行时间反演运动。那么再过相同的时间后， 经典的有效磁场噪声的影响就被消除了。理论上，通过这个技术可以把退相干时间增加1000倍，达到10μ秒。

把经典噪声消去后，核自旋之间 的直接相互作用就占主导了。它的特征时间就是微妙量级，用T2表示。要提高T2，我们必须让核自旋完全磁化。为此必须降温到居里点一下，或者外加强磁场迫 使它磁化。可惜这二者技术上都不可行，超过了现有的技术。另外还有一种相互作用叫做自旋轨道耦合，能够直接引起电子自旋之间的跃迁。这种机制带来的退相干 时间也是微秒量级。

目前人们最感兴趣的就是如何把T2*延长到T2。虽然回声技术很强大，但是它也有弱点，我们需要很多脉冲来控制自旋，会 增加实验难度，也会引入新的噪声。为此，我们希望能够用某种机制减小核自旋的经典噪声。比如我们可以通过驱动光或者驱动电流来极化核自旋，当核自旋完全被 极化时，自然就减小了有效磁场的噪声。或者我们也可以通过测量等手段，把核自旋制备到某个磁量子数固定的状态上，也能有效的减小噪声。最近一个有趣的进展 是通过自稳定的办法，把核自旋舒服在某个磁量子数附近，可以有效的延长T2*达到几十倍。而且由于核自旋的有效磁场衰减时间很长，达到几秒钟。这这个时间 尺度内，电子退相干时间都能够被有效的延长几十倍，而不需要额外的控制操纵。在下一篇blog里，我会大致讲讲这类工作的主要思想，以及相关实验。

近期论文

最近放春假，我休息，看到了一些论文，觉得有意思，推荐给大家。

第一是Xiao-liang Qi等人提出的在三维拓扑绝缘体系统中探测到磁单极子的理论方案，刚在《Science》上发表。 他上星期来我们这里做报告时提到了这个工作，我完全听不懂。不过这个工作对物理学家来说，显然是具有广泛的兴趣的。

另外一个是跟光合作用有关的两个工作。 第一个工作，测量了光和作用中的量子效应。这个工作是对2007年一篇发表在Nature上的工作的 进一步发展。这篇论文中应用了四波混频的技术，能够同时测量不同频率的光与叶绿素分子之间的反应过程。所谓四波混频，意味着有三束光固定了角度与频率，射 入样品。第四束光是宽频的激光，且使得分子发射的光包含垂直与水平偏振两种成分。由于能量守恒与动量守恒，我们可以通过出射光的光谱，偏振反推出光合作用 时分子内部能量是如何传输的。比如是否是相干传输，哪些波段的光能量是被相干传输的等等。在APS的焦点新闻的最后，作者Mercer 说这个工作有可能 对模拟光合作用设计更加高效的太阳能电池有促进作用。不久后，《物理世界》报道了一个提高太阳能电池效率的方案，他们的灵感也是来自光和作用。他们利用量子点模拟光合作用中的非幅射能量传输过程，理论上预计可以把太阳能电池的效率从18%提高到31％。

为什么离子阱中可以制备声子纠缠而机械振子不行？

最近看到NIST的Winland组成功的在四离子阱系统中的声子模之间制备出 了量子纠缠态。这是一个很有意思的工作，因为在声子系统中制备纠缠态以及其它非经典态一直是量子物理学家的梦想。当然，现在这个梦想只是实现了一部分。人 们的最终梦想是在微机械振子系统中制备出纠缠态来。为了达到这个梦想，人们正在努力的冷却机械振子的振动模，希望能够把声子数降低到0。

我们也曾经想过这个问题，但发现理论上几乎无法做什么，主要困难来自实验。实际上，振子的质量因子直接限制了其作为量子存储器的功效。目前机械振子 的质量因子最高值在10^5到10^6之间，声子的相干时间只是微秒量级以下，即使声子模的平均声子数只有0，也是如此。这个时间尺度比对振子状态进行探 测所需的时间还短，因此根本无法完成实验。对离子阱系统来说，其振子的质量因子Q实验上超过10^10，声子相干时间达到毫秒乃至秒的量级，是一个比较好 的量子存储器。因此，首先在离子阱系统中观察到声子间的纠缠态也就是一个顺理成章的事情。

为了提高微机械振子的质量因子，有人（应该是Peter Zoller）提出用光势阱（电势阱？）束缚那个纳米级别的振子。把振子悬在真空中，能够极大的减小阻尼，增大振子的品质因子。不过这个设想暂时还只是一 个梦想，有什么样的光电势阱能够束缚这样一个介观物体呢？最近一个有关Casimir力的实验也许为这个设想铺平了道路：人们终于在实验中看到了Casimir斥力。我个人认为利用Casimir斥力有可能把微机械振子束缚到半空中，提供一个比较高Q值的振子势阱。事实是否如此，还需要理论计算以及实验验证。

update: 我再解释一下Q与振子相干时间的关系。

Q实际上就是零温时声子产生后在衰减前的振动周期数。如果声子接触的热库温度是T，那么声子的相干时间正比于Q/T。当T不变时，我们只有增大Q，才能获 得更长的相干时间。目前用液氦冷却等办法，可以把环境温度降低到1K附近。即便如此，对Q值只有10^5的微机械振子来说，相干时间也只在1微秒。用光学 手段对机械振子测量所花的时间也在微秒两级。任何量子态都无法从机械振子中读出来，也无法储存进去。而对Q值达到10^10以上的离子阱系统来说，声子相 干时间在0.1秒以上。这是一个非常好的量子系统，声子的量子态存储时间很长。
Jost, J., Home, J., Amini, J., Hanneke, D., Ozeri, R., Langer, C., Bollinger, J., Leibfried, D., & Wineland, D. (2009). Entangled mechanical oscillators Nature, 459 (7247), 683-685 DOI: 10.1038/nature08006