量子力學(xué)預(yù)測的最低溫度被突破，這是一個萬物沉寂的世界
發(fā)布時間：2017-03-08
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來源：廣東計(jì)量協(xié)會
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美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的物理學(xué)家將一個機(jī)械物體的溫度降至新低，突破了所謂的“量子極限”。
《自然》雜志刊文介紹了NIST的這個新實(shí)驗(yàn)。文章描述了如何將一只納米尺度上的機(jī)械鼓---- 一個可以振動的鋁薄膜----冷卻到低于五分之一個能量量子的溫度，這個溫度低于量子力學(xué)預(yù)言的最低溫度。
NIST的科學(xué)家說，理論上這個技術(shù)可以把物體冷卻到絕對零度，這是一個萬物沉寂、沒有能量、也沒有運(yùn)動的溫度。
“鼓被冷卻到的溫度越低，在應(yīng)用中的表現(xiàn)就越好，”該實(shí)驗(yàn)的負(fù)責(zé)人、NIST物理學(xué)家JohnTeufel說。“傳感器會更加地靈敏；儲存器可以保存更久的信息。若用來造量子計(jì)算機(jī)，計(jì)算過程會沒有任何失真，可以準(zhǔn)確地給出你想要的答案。”
鋁鼓的直徑200納米，厚度100納米，它嵌在一個特殊設(shè)計(jì)的超導(dǎo)電路中，鼓的振動可以影響在其腔體中來回反射的微波。微波也是電磁波的一種，是一種看不見的“光”，比起可見光來，它的波長更長，頻率更低。
我們知道，光子的頻率越高，能量就越大，多余的能量自然來自量子鼓本身。當(dāng)光子積累到一定程度后便從鼓中溢出，帶走這些能量，鼓就被冷卻下來了。這個原理與大名鼎鼎的激光冷卻原理大同小異，1978年NIST第一次用激光冷卻了一個原子，如今激光冷卻已經(jīng)被應(yīng)用于原子鐘等廣泛領(lǐng)域。
最近的一次NIST實(shí)驗(yàn)又有了新的改進(jìn)----使用“壓縮態(tài)光”（squeezed light）來驅(qū)動電路。“壓縮”（Squeezing）是一個量子力學(xué)的概念，一個處于壓縮態(tài)的光子，其噪音或量子擾動被壓縮到了最低。
在量子擾動的制約下，傳統(tǒng)技術(shù)只能將物體冷卻到了某一個最低溫度，NIST的團(tuán)隊(duì)通過使用壓縮光，獲得了更加精確的電流頻率。這個特殊的電路可以產(chǎn)生十分“純凈”的光子，將量子擾動控制在最低水平，從而突破了最低溫度的限制。
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