@ 2021.07.20 , 10:49

宏量子:冷却纳米大小颗粒,使其呈现量子态

最近,由维也纳大学的Markus Aspelmeyer和苏黎世联邦理工学院的Lukas Novotny领导的团队首次将一颗玻璃纳米粒冷却成量子态。

为了做到这一点,科学家用激光被剥夺了微粒的动能。剩下的运动,即所谓的量子波动,它不再遵循经典物理学的规律,而是量子物理学的规律。

实验中的玻璃球比沙子还要小很多,但仍包含数亿个原子。与光子和原子相比,纳米颗粒让人们了解到宏观物体的量子性质。与实验物理学家马库斯·阿斯佩尔迈耶合作,由因斯布鲁克大学和奥地利科学院量子光学和量子信息研究所的奥里奥尔·罗梅罗-伊萨特领导的理论物理学家团队现在提出了一种利用纳米粒子的量子特性进行各种应用的方法。

"虽然处于运动基态的原子的振动位移会大于原子直径,但处于基态的宏观物体的运动却非常非常小。"因斯布鲁克团队的塔利塔·魏斯和马克·罗达-洛德斯解释说。

"纳米粒子的量子波动比原子的直径还要小。"

为了利用纳米颗粒的量子性质,粒子的波函数必须被大大扩展。在因斯布鲁克量子物理学家的计划中,纳米颗粒被困于光场中并被冷却到基态。"罗梅罗-伊萨特解释说,"即使是最小的扰动也可能破坏粒子的相干性,这就是为什么通过改变光势,我们仅短暂地拉开了粒子的波函数,然后它又立即坍缩。通过反复改变电位,纳米粒的量子特性就可以被利用起来。”

有了这项新技术,可以更详细地研究宏观的量子特性。事实也证明,这种状态对静态力非常敏感。因此,该方法可以实现高度敏感的仪器,用来非常精确地测量各种力——精度接近海森堡极限。使用这种方法同时膨胀和压缩的两个粒子,也有可能通过弱相互作用将它们纠缠在一起,并探索宏观量子世界的全新领域。

https://phys.org/news/2021-07-quantum-particles-compressed.html


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