接近力学扭矩传感的标准量子极限

扭矩的力学传感一直是探测多种物理现象的关键，例如引力、光角动量、卡西米尔效应、磁性和量子振荡。遵循与质量和力传感类似的趋势，通过缩小扭转弹簧的物理尺寸从而减小其转动惯量，可以显著提高力学扭矩灵敏度。然而，如今通过精密纳米加工和亚波长腔光力学，我们已经达到了几何优化只能对扭矩灵敏度提供边际改进的地步。相反，纳米尺度光力学扭矩测量主要受到热噪声的阻碍。在此，我们展示了在稀释制冷机中冷却至 25 mK 温度的腔光力学扭转谐振子的低温测量结果，对应的平均声子占据数为 <n> = 35，实现了破纪录的 2.9 yNm/Hz^{1/2} 扭矩灵敏度。这比之前的光力学扭矩传感器提高了 270 倍，且仅比其标准量子极限高出一个数量级多一点。此外，我们证明，与其他低温光力学装置不同，介观测试样品（如微米级超导盘）可以集成到我们的低温光力学扭矩传感平台上，这为本质量子系统的力学扭矩谱学打开了大门。