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量子力学猜测的最高温度被打破,这是一个万物

2020-05-03 02:44:45 作者:admin   |   浏览(172)

  原题目:量子力学猜测的最高温度被打破,这是一个万物寂静的世界

  近日,美国国家规范与技巧研究所(NIST)的物理学家将一个机械物体的温度降至新低,打破了所谓的“量子极限”。

  

  2017年1月12日,《天然》杂志刊文引见了NIST的这个新试验。文章刻画了若何将一只纳米标准上的机械鼓---- 一个可以振动的铝薄膜----冷却到低于五分之一个能量量子的温度,这个温度低于量子力学预言的最高温度。

  NIST的迷信家说,实际上这个技巧可以把物体冷却到相对零度,这是一个万物寂静、没有能量、也没有活动的温度。

  “鼓被冷却到的温度越低,在应用中的表现就越好,”该试验的担负人、NIST物理学家John Teufel说。“传感器会越发地灵敏;贮存器可以保管更久的信息。若用来造量子计算机,计算过程会没有任何掉真,可以准确地给出你想要的答案。”

  “试验结果对该范围的专家来讲完满是个欣喜!”Teufel的小组的另外一名主要担负人Jose Aumentado说,“这是一个十分幽美的试验,必将发生宏大年夜影响。”

  铝鼓的直径200纳米,厚度100纳米,它嵌在一个特别设计的超导电路中,鼓的振动可以影响在其腔体中往返反射的微波。微波也是电磁波的一种,是一种看不见的“光”,比起可见光来,它的波长更长,频率更低。

  腔体中的微波会调剂自身频率来适应鼓的天然共振频率。每个鼓腔都有一个天然共振频率,像“声调”一样。用手指在装有水的水杯边沿摩擦,水杯会嗡嗡作响,杯中水量决定水杯空腔的大年夜小,从而发生分歧的声调。鼓腔的天然频率也是异样的事理。

  NIST的迷信家曾将量子鼓冷却到它的基态,即三分之一个能量量子。他们应用了一种叫边带冷却(sidebandcooling)的方法,在超导电路上施加了一个频率略低于鼓腔谐振频率的振荡电流,鼓腔在电流感化下振动发生相反频率的光子,如前所述,这些光子又会被调剂到略高的鼓腔天然谐振的频率上。

  我们知道,光子的频率越高,能量就越大年夜,多余的能量天然来自量子鼓自身。当光子积累到必然水平后便从鼓中溢出,带走这些能量,鼓就被冷却上去了。这个道理与大年夜名鼎鼎的激光冷却道理迥然分歧,1978年NIST第一次用激光冷却了一个原子,现在激光冷却曾经被应用于原子钟等遍及范围。

  比来的一次NIST试验又有了新的改良----应用“压缩态光”(squeezed light)来驱动电路。“压缩”(Squeezing)是一个量子力学的概念,一个处于压缩态的光子,其噪音或量子扰动被压缩到了最低。