宏观物体被动冷却至其运动量子基态：超越单模冷却

自然界的基本构件，即原子与基本粒子，由量子力学描述。这一基础理论是物理学家构建其主要数学模型的基石 [1]。如今，量子物体的独特特性已催生了有前景的量子技术 [2, 3]。然而，宏观世界明显是经典的，量子到经典的跨越本质仍是当今科学中最具挑战性的开放问题之一。就此而言，运动物体扮演特殊角色 [4, 5]。过去几年的开创性实验已开始探索微米尺度机械系统的量子行为，或是被动冷却单 GHz 模式，或是借鉴原子物理中发展的激光冷却技术将特定模式冷却至远低于其环境温度 [6-11]。此处我们描述一种非常不同的方法，即将微机械系统被动冷却至 500 微K，使 15 MHz 基振模的平均量子数降至仅 0.3（高次谐波预期更低）；挑战在于仍能探测运动而不明显扰动系统。该方法还冷却了高次谐波与周围环境，导致潜在更长的机械相干时间，并支持探究机械波函数坍缩 [12]（可能来自引力背景 [13, 14]）与量子热力学 [15] 的实验。除平均行为外，我们在此还报道了器件基振模与低温恒温器平衡时的涨落。这些揭示出与局域环境令人惊讶的复杂相互作用，并允许探测两个不同热力学浴的特征。