本申请提供一种实现介观微粒双轴量子基态冷却的系统及其方法。该系统包括光源模块、捕获光模块、移频模块、锁频模块、锁腔模块及真空腔模块。真空腔模块包括在垂直于光传输方向的平面内垂直放置的第一和第二F‑P腔及光悬浮纳米微粒。光源模块用于提供窄线宽激光。捕获光模块用于产生具有频率分离且偏振相互垂直的两束捕获光并合束输入至真空腔体中形成紧聚焦光阱，用于捕获纳米微粒。移频模块用于对激光进行调制和移频，产生带有调制边带的两束激光，分别作为锁频模块和锁腔模块的输入激光。锁频模块用于利用锁频技术将移频后的激光频率锁定在第一F‑P腔的共振频率处。锁腔模块用于将第二F‑P腔的腔长锁定于锁频激光进行过移频的频率处。