با استفاده از میدان نوری میکروکاواک می‌توان جابجایی یک میله باریک را با عدم قطعیتی نزدیک به حد هایزنبرگ اندازه گیری کرد.

ردیابی دقیق مکان یک جسم در آشکارسازهای موج گرانشی و تکنیک‌های سردسازی اپتیکی اهمیت دارد. اما فیزیک کوانتوم بر روی دقت اندازه‌گیری حد معینی می‌گذارد. توبیاس کیپنبرگ Tobias Kippenberg و همکارانش در موسسه‌ی ملی فناوری سوئیس در لوزان، ابزار اپتومکانیکی‌ای ابداع کرده‌اند که جابجایی یک میله‌ی مرتعش بسیار نازک را در دمای اتاق با دقتی نزدیک به حد موسوم به هایزنبرگ اندازه‌گیری می‌کند. دقت این حسگر 10000 برابر کوچکتر از افت و خیزهای میله در دمای صفر (جنبش نقطه‌ی صفر) است.  

بر طبق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ- در شرایط عملی- هر نوع اندازه‌گیری مکان یک جسم به طور اجتناب ناپذیری جسم را حرکت داده و تکانه‌اش را مختل می‌کند. برای کمینه کردن این واکنش، محققان سیستم‌هایی به وجود آورده‌اند که مکان جسم را به میدان نوری یک کاواک اپتیکی مربوط می‌کند. حسگر جابجایی طراحی شده توسط گروه کیپنبرگ، موقعیت میدان نانومتری را با استفاده از یک کاواک اپتیکی به شکل دیسک با قطر میکرومتر اندازه می‌گیرد. پژوهشگران این اجزاء را از یک تک تراشه‌ی سیلیکونی بریده‌اند که به آن‌‌ها اجازه می‌دهد میله را در 25 نانومتریِ لبه‌ی دیسک قرار دهند. در چنین مجاورت نزدیکی، میله با میدان نزدیکِ ناپایدارِ کاواک برهمکنش کرده و می‌توان جابجایی آن را با مشاهده‌ی فاز میدان کاواک تعیین کرد. با پیروی از یک اثبات قبلی در دمای پایین، گروه عدم قطعیت حسگر را در دمای اتاق پیدا کرد. این عدد در حدود 60 برابر حد هایزنبرگ است. با برخی بهبودها، ابزار مذکور می‌تواند موجب پروتکل های بازخورد کوانتومی شود که اجازه می‌دهد یک سیستم مکانیکی با حالت کوانتومی دلخواه داشته باشیم.

این تحقیق در Physical Review Applied به چاپ رسیده است.  

منبع