这是第一次，加州理工学院（Caltech）研究人员携手维也纳大学一个小组，设法冷却微型机械物体，进入能量最低状态，他们使用的是激光。这一成就铺平了道路，可以开发高度敏感探测器，也可进行量子实验，这是科学家们一直就梦想进行的。

　　“我们用了一个固态机械系统，它由数十亿原子构成，再使用可见光，使它进入一种状态，这样，它的行为就会符合量子力学规律。在过去，这已经做成过，但只是采用被困的单个原子或离子，” 奥斯卡•佩特（Oskar Painter）说，他是加州理工学院应用物理学教授，也是应用物理学和材料科学主管，而且是主要研究者，有一篇论文描述了这项研究，发表在10月6日一期的《自然》杂志上。

　　论文介绍，佩特和他的同事们研制出一种纳米级对象，就是一根微小的机械硅条，这样，激光经过精心挑选频率，就可以进入这个系统，而且一旦反射，就可以带走热能，冷却系统。

　　佩特和他的同事精心设计硅条的每个元素，用晶格硅栅（patterned silicon shield）隔离它与环境，这样，就能够使用这种激光冷却技术，使这种系统进入量子基态（quantum ground state），在这种状态，机械振动达到绝对最低限度。这样一种寒冷的力学对象，有助于检测非常小的力量或物质，它们的存在通常会淹没于传感器嘈杂的热振动。

　　“在许多方面，我们所做的实验提供了一个出发点，可以进行非常有趣的量子力学实验，这是我们想做的，”佩特说。例如，科学家们想表明，力学系统可以诱导进入量子叠加（quantum superposition），这是一种奇怪的量子态，一个物理系统可以同时存在于不止一个位置。但他们需要一个系统，在量子基态开始这样的实验。

　　为了达到这种基态，佩特不得不降低机械硅条的温度，使低于100 毫开尔文（-273.15℃）。这是因为，硅条设计振动要在千兆赫频率（相当于每秒十亿次），在这一范围，有大量声子存在于室温下。声子是最基本的振动单位，同样，像光的最基本单位或信息包就被称为光子。系统中的声子都要去除，以冷却到基态。

　　常规手段低温冷却到这样的温度，也是存在的，但很昂贵，在某些情况下，需要不切实际的设备。还有一个问题，就是要搞清楚，如何测量这样寒冷的机械系统。为了解决这两个问题，加州理工学院的研究小组采用了不同的冷却策略。

　　“我们所做的是使用光子，就是光场，去除系统中的声子，”成•贾斯伯（Jasper Chan）说，他是这篇新论文的主要作者，也是佩特研究小组的研究生。为了做到这一点，研究人员钻出小孔，都有精确的位置，就在他们的机械硅条上，这样，他们诱导特定频率激光，照射这段硅条，小孔就作为镜子，诱捕光进入孔内，使它强烈互动硅条的机械振动。

　　因为转变光的频率，直接关系到机械对象热运动，光最终逃脱孔腔，也会带走这个机械系统的信息，比如硅条的运动和温度。因此，研究人员创造了一个高效率的光接口，接通力学元素，或叫做光学力学换能器（optomechanical transducer），这就可以把力学系统的信息转换成光子。

　　重要的是，可见光不像微波或电子，传输时无法经过很长的数公里的距离而不衰减，但是，这种光学力学换能器可用于连接不同的量子系统，例如，连接微波系统和光学系统。佩特的系统包含光学接口，接通力学元素，其他小组一直在开发的系统，可以连接微波接口与力学元素。如果这两种力学元素一样电话，会怎么样？“那么，”佩特说，“我就可以想象，连接微波世界与光的世界，采用这种力学导管，一次一个光子。”

　　加州理工学院的小组不是最先把纳米机械对象冷却到量子基态；前加州理工学院博士后学者安德鲁•克莱兰（Andrew Cleland）领导的一个小组，现在在加州大学圣巴巴拉分校（University of California, Santa Barbara），在2010年也做到了这一点，他们使用了更传统的制冷技术，而且，今年早些时候，科罗拉多州（Colorado）鲍尔德（Boulder）国家标准和技术研究的一个小组，也使对象冷却到基态，他们使用的是微波辐射。然而，这项新工作是第一次使用可见光，使纳米机械对象进入基态。

　　“这是一项激动人心的进展，因为有这么多的现成技术，可以操纵和测量系统的量子性质，使用光学方法就行，”佩特说。

　　其他冷却技术，使用的起始温度约20 毫开尔文，超过1/10000倍，比室温低。理想的情况是，为了简化设计，科学家们要在室温下启动这些实验。使用激光冷却，佩特和他的同事们能够进行他们的实验，在较高的温度也行，就是只低于室温10倍左右。