著名天文学家开普勒在400年前就曾设想不要携带任何能源，仅仅依靠太阳光压提供推力能就可使宇宙帆船驰骋太空。他认为光被物体反射时会产生力，这也可以解释为什么彗星的尾巴指向远离太阳的方向。现在，科学家们已经可以利用光压来冷却原子或其他粒子，不过这通常需要复杂的装置才可以实现。但最近瑞士巴塞尔大学Philipp Treutlein教授和Patrick Potts教授所带领的研究团队仅通过激光就成功将薄膜冷却到接近绝对零度（-273.15℃）的温度，在诸如高灵敏传感器等领域具有非常高的应用价值。该成果以“Optical Coherent Feedback Control of a Mechanical Oscillator”为题发表在PHYSICAL REVIEW X上（DOI：10.1103/PhysRevX.13.021023 ）。
图 实验装置及光相干反馈回路示意图
该研究第一作者Maryse Ernzer博士表示，这项研究的特别之处在于无需进行任何测量即可实现冷却效果。根据量子力学定律，反馈回路中需要的测量会导致量子态的变化，从而导致干扰。为了避免这种情况，他们提出了一种所谓的相干反馈环路，其中激光既充当传感器又充当阻尼器。通过这种方式，研究人员成功抑制并冷却了尺寸约为半毫米的硝酸硅薄膜的热振动。
实验中，研究人员将激光照射在薄膜上，并将其反射的光耦合到光纤中。在此过程中，薄膜的振动会导致反射光的振荡相位发生微小变化。使用该振荡阶段中包含的薄膜的瞬时运动状态的信息，并有一定的时间延迟，以便在正确的时间用相同的激光对薄膜施加合适的力。“这有点像在恰当的时间用脚短暂接触地面来减慢秋千摆动的速度，”Ernzer解释道。为了达到大约100ns的最佳延迟，该团队使用了一根30m长的光纤。
研究团队主要成员之一Manel Bosch Aguilera博士后表示，Potts教授及其同事对该研究进行了理论描述，并计算了可以达到的最低温度的条件，并通过实验进行了验证。他们最后成功将薄膜冷却至480微开尔文，即比绝对零温度高不到千分之一摄氏度。
研究团队计划改进实验，使薄膜尽可能冷却到更低的温度， 即振荡的量子力学基态。在此之后，他们还可以创建所谓的薄膜挤压状态。基于这种状态的传感器可以实现更高的测量精度，在原子力显微镜等技术领域具有非常大的应用潜力。
