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科學家開發出微米級實驗裝置可觀察并控制量子運動

2015-12-10 10:22

    理論上,量子噪聲是所有物體運動所固有的,施瓦伯和同事設計了一種裝置,能觀察并控制量子噪聲。這種微米級的裝置由柔性鋁片和上面的一層硅基質構成。

科技日報北京831日電 (記者常麗君)一個由美、韓、德等多國科學家組成的國際研究團隊日前開發出一種新方法,能觀察并控制較大物體的量子運動。研究人員指出,如果這種技術能進一步放大,有望用來尋找時空構造中的漣漪——引力波。

在日常生活中,物體可以靜止下來;而在量子世界,沒有東西能真正靜止。該研究負責人、加州理工學院物理與應用物理學教授基思?施瓦伯說:“過去兩年中,我們掌握了通過制冷讓微米級的小物體靜止的方法,讓它們回到量子基態。但我們知道,即使在量子基態,仍有很小的振幅波動,或叫作‘噪聲’。”

理論上,量子噪聲是所有物體固有的一種運動,不會消失。研究團隊發表在最新一期《科學》雜志上的論文稱,他們設計了一種微米大小的裝置,由柔性鋁片及其面上的一層硅基質構成,當硅鋁片以每秒350萬次的頻率振動時,就會與超導電路接通。利用該裝置能夠觀察到量子噪聲并控制它。按照經典力學法則,如果冷卻到基態,這種振動結構會完全靜止,但實驗顯示并非如此。當他們把彈性鋁片冷卻到基態時,仍有剩余能量,即量子噪聲。

施瓦伯說:“量子力學精確解釋了電子行為,我們把量子物理學用到較大事物上,就能在光學顯微鏡下看見它,我們觀察的不是一個而是幾萬億個原子的量子效應。”

由于存在量子噪聲,它就對精確測量一個物體的位置設置了基本限制,但這種限制并非不可逾越。施瓦伯解釋說:“描述噪聲或運動的主要有兩個變量。我們證明了確實能讓其中一個變量的波動更小,但代價是讓另一個變量的波動更大,即所謂的量子壓縮態。我們在一個地方壓縮了噪聲,由于擠壓,更多噪聲轉到其他地方,至于轉到了哪兒,無法測量,也無關緊要。”

未來這種控制量子噪聲的能力或可用于提高有關檢測的精度,如激光干涉測量引力波觀測站(LIGO),以尋找引力波。施瓦伯說:“此項研究的目的是在更大尺度上探測量子機制,希望將來能探測到引力波。”(來源:中國計量網)

 

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