Lassen Sie uns die Zusammenfassung des Artikels durchgehen (Hervorhebung von mir hinzugefügt):

Quantenfluktuationen des elektromagnetischen Vakuums erzeugen messbare physikalische Effekte wie Casimir-Kräfte und die Lammverschiebung. Sie legen auch eine beobachtbare Grenze fest, die als Quantenrückwirkungsgrenze für die niedrigsten Temperaturen bekannt ist, die mit conventional-Laserkühlungstechniken erreicht werden können. Da Laserkühlungsexperimente weiterhin massive mechanische Systeme auf beispiellos niedrige Temperaturen bringen, wird diese scheinbar grundlegende Grenze im Labor immer wichtiger.

Richtig, konventionelle Laserkühlung kann ein System nicht unter eine bestimmte Mindesttemperatur bringen. Dies liegt im Wesentlichen daran, dass Laser (oder Mikrowellenquellen oder ein beliebiger kohärenter Feldgenerator, den Sie interessieren) einen sogenannten kohärenten Zustand ausgeben, der in beiden Quadraturen eine endliche Breite aufweist. Diese Grenze wird später in der Zusammenfassung als "Quantenrückwirkungsgrenze" bezeichnet, wie wir gleich sehen werden.

Glücklicherweise sind Vakuumschwankungen nicht unveränderlich und können „zusammengedrückt“ werden, wodurch Amplitudenschwankungen auf Kosten von Phasenschwankungen reduziert werden.

Richtig, kohärente Zustände sind nicht die einzig möglichen Zustände des elektromagnetischen Feldes (oder eines anderen harmonischen Oszillators)! Es ist möglich, sogenannte "gequetschte Zustände" zu erzeugen, in denen eine der Quadraturen enger ist als die andere. Diese gequetschten Zustände verletzen nicht die Heisenberg-Unsicherheitsrelation: Sie werden auf Kosten der Verbreiterung in die andere Richtung in eine Richtung gequetscht. Dies steht in direktem Zusammenhang mit dem, was die Autoren als Reduzierung von Amplitudenschwankungen auf Kosten von Phasenschwankungen bezeichnen. Ich gehe nicht auf die Details ein, weil es für das, was OP verlangt, außerhalb der Grenzen liegt.

Hier schlagen wir vor und demonstrieren experimentell, dass gequetschtes Licht verwendet werden kann, um die Bewegung eines makroskopischen mechanischen Objekts unter die Quantenrückwirkungsgrenze abzukühlen.

Okay, gut. Sie überschreiten die "Grenze der Quantenrückwirkung", weil sie keinen normalen kohärenten Zustand verwenden. Sie verwenden einen gequetschten Zustand.

Wir kühlen zuerst ein optomechanisches Mikrowellenhohlraumsystem unter Verwendung eines kohärenten Lichtzustands auf 15 Prozent dieser Grenze. Anschließend kühlen wir das System mit einem zusammengedrückten Mikrowellenfeld, das von einem parametrischen Josephson-Verstärker erzeugt wird, auf mehr als zwei Dezibel unterhalb der Quantenrückwirkungsgrenze ab.

Ja, wie wir gerade gesagt haben, können Sie mit einem gequetschten Zustand die Grenze überschreiten, die Sie bei normalen kohärenten Zuständen haben.

Aus der Überlagerungsspektroskopie der mechanischen Seitenbänder messen wir eine minimale thermische Belegung von 0,19 ± 0,01 Phononen. Mit unserer Technik können sogar niederfrequente mechanische Oszillatoren im Prinzip beliebig nahe am Bewegungsgrundzustand gekühlt werden, was die Erforschung der Quantenphysik in größeren, massereicheren Systemen ermöglicht.

Ok, da sehen wir deutlich, dass sie nicht auf den absoluten Nullpunkt gekommen sind. Sie hatten immer noch etwa 20% eines Phonons (eine Quanteneinheit der Schwingungsanregung) in ihrem Oszillator, während der absolute Nullpunkt Nullphononen wäre. Sie sagen, dass im Prinzip Sie gequetschte Zustände verwenden können, um zu beliebig niedrigen Temperaturen (d. H. Beliebig niedrigen Phononen) zu gelangen. Das mag technisch gesehen wahr sein, aber um eine willkürlich niedrige Temperatur zu erreichen, müssen Sie willkürlich viel drücken, was im Labor sehr, sehr schwer zu tun ist. Sie geben eine "prinzipielle" Aussage ab, in der die Bedingungen für das Erreichen der prinzipiellen Sache völlig unrealistisch sind und darüber hinaus nicht einmal bekannt ist, ob die Theorie das physikalische System in dem von Ihnen benötigten Parameterbereich genau beschreibtum beispielsweise $ 10 ^ {- 10 ^ 6} $ Phononen zu erhalten (mehr dazu in den Kommentaren unter Emilios Antwort).

Aussagen wie diese sind immer noch nützlich, da sie dem Leser mitteilen, dass es keine bekannte harte Grenze gibt, wie weit Sie mit der Squeezed-State-Technik gehen können, d. h. die Grenzen sind völlig praktisch. Dies ist wichtig, da andere Protokolle grundsätzlich Einschränkungen aufweisen können. Zum Beispiel könnte ich ein Protokoll haben, das einen Oszillator kühlt, aber möglicherweise nicht unter 0,3 Phononen fallen kann, weil etwas in die Physik eingebrannt ist. In diesem Fall wissen Sie, dass Sie nicht einmal mein Protokoll verwenden sollten, wenn Sie eine Telefonnummer unter 0,3 benötigen.

Daniel Sank hat sehr gute Arbeit geleistet, um die detaillierte Physik zu erklären, wie im Originalpapier erläutert, aber er hat nicht viel über die NIST-Pressemitteilung gesprochen, und ich denke, es lohnt sich, einige Dinge darüber zu erwähnen .

Insbesondere enthält die Pressemitteilung zwei Behauptungen, die die Physik des Papiers falsch darstellen, wie von Daniel erklärt, und tatsächlich sind diese Behauptungen nicht mit den Gesetzen der Thermodynamik vereinbar.

• Die neue Technik könnte theoretisch verwendet werden, um Objekte auf den absoluten Nullpunkt abzukühlen, die Temperatur, bei der die Materie fast keine Energie und Bewegung mehr hat, sagten NIST-Wissenschaftler.

  Das ist falsch. Die neue Technik gibt uns eine Methode, die, soweit wir wissen, mit den harten Informationen, die wir jetzt kennen, verwendet werden könnte, um Objekte auf willkürlich kalte Temperaturen $ T $ abzukühlen, aber es erlaubt uns nicht, tatsächlich den absoluten Nullpunkt zu erreichen.

  Der wertvolle Teil der neuen Methode besteht darin, dass alle bisherigen Methoden zum Abkühlen von Dingen eine grundlegende Grenze haben: Beispielsweise können selbst recht ausgefeilte Sub-Doppler-Laserkühlungsmethoden nicht Atome auf Temperaturen abzukühlen, bei denen der Impuls des Atoms kleiner als ein Photonenimpuls ist, denn das ist die Währung des Laserstrahls.

  Wenn Sie bei der neuen Methode über genügend Ressourcen verfügen (dh wenn Sie ein Gerät bauen können, das Licht erzeugt, das in ausreichendem Maße „gequetscht“ wird), können Sie sich im Prinzip auf jedes positive Ergebnis abkühlen Temperatur $ T>0 $ Sie wollten, soweit wir wissen, einen Zeptokelvin nennen, wenn Sie dies wünschten. Das heißt, die Technik hat mit ziemlicher Sicherheit eine grundlegende Untergrenze für die Temperaturen, die sie erreichen kann, aber wir wissen nur noch nicht, wie hoch diese Grenze sein könnte.

  Wenn in der Pressemitteilung "willkürlich nahe Null" mit "tatsächlich gleich Null" verwechselt wird und der dritte Hauptsatz der Thermodynamik tatsächlich impliziert, dass wir niemals den absoluten Nullpunkt erreichen können. Selbst wenn sich herausstellen würde, dass die neue Technik keine harte Untergrenze hat und tatsächlich willkürlich niedrige Temperaturen erreichen könnte (selbst unwahrscheinlich), was das dritte Gesetz betrifft, wäre dies immer noch positiv Temperatur und wie klein sie auch sein mag, sie ist immer noch unendlich weit vom tatsächlichen absoluten Nullpunkt entfernt.

Während wir hier sind, macht die Pressemitteilung außerdem eine zweite ähnliche falsche Aussage:

• NIST-Wissenschaftler haben zuvor die Quantentrommel auf ihren „Grundzustand“ mit der niedrigsten Energie oder ein Drittel eines Quanten gekühlt

  Auch dies ist aus den gleichen Gründen nicht der Fall (obwohl dies möglicherweise einfach so geregelt werden kann, dass es nur intern inkonsistent ist). In dem zuvor beschriebenen Experiment wurde das System so abgekühlt, dass es sich 70% der Zeit im Grundzustand befand, und es hatte eine Anregungsenergie von nur einem Quantum, die anderen 30%. Dies bedeutet, dass es ziemlich kalt ist, aber es bedeutet nicht, dass es sich tatsächlich im Grundzustand befindet - es hat immer noch eine endliche Temperatur.