美科学家开发出精确控制量子的方法再创量子运动世界记录牲畜秤

07-25

量子力学，是关于原子世界的基本理论。据美国“物理学网”7月22日消息称，美国国家标准与技术研究院（National Institute of Standards and Technology, 简称NIST）的科学家们在《自然》杂志同日刊发的一篇研究论文中称，他们已经开发出一种在量子层面实现精确控制的方法，他们能使离子（带电原子）展示出运动量子的确切个数——一个在100个量子以下的任意个数，而这要比之前的最高记录——17个量子——要高出5倍以上。这一进展或改善量子测量和量子计算技术。

根据量子力学理论，能量是以一小包一小包或一小块一小块的形式被释放或吸收，而这些小包或小袋就被称为“量子”（quanta）。原子通过放射光子（光量子）来释放光能。当原子的运动能量落入研究人员设下的“陷阱”时，这些能量就会转而由声子（运动量子）来携带。

Katie McCormick正在调整一面镜子，以控制用来冷却被囚禁的铍离子（带电原子）的激光束

Katie McCormick和同事们用冷却被囚禁的铍离子（带电原子）展示出了量子运动个数的创纪录水平，这一进展或改善量子测量和量子计算技术。

除了创造出单一的量子个数，NIST的这个团队还在实验中对离子的摆振运动进行了控制，以便让它同时展示出两个不同个数的运动量子——零（最小的运动个数）再加上任何数字（最多18个）。这种两种状态的“叠加态”是神奇量子世界的一个标志。

据这篇论文介绍，这一新方法可以应用于任何量子力学振荡器，包括像单摆一样振动或像弹簧一样伸缩的系统。这些技术或助力开发出利用声子作为信息载体的新型量子模拟器和传感器。此外，对叠加态加以调适的能力有助于提高量子测量和量子信息处理的水平。在叠加态中采用离子作为频率测量仪器，让测量精度比传统的离子振动频率测量技术提高了一倍以上。

该论文的第一作者Katie McCormick解释道：“如果我们能对一个物体进行量子控制，那么我们就能‘弯曲’经典的物理规则，通过以在某些方向上产生更大的不确定性为代价，而降低某些特定方向上的不确定性。然后，我们便可以用量子态作为标尺来测量一个系统的性质。我们进行量子控制的能力越强，这把“尺子”上的刻度线的间距就越小，这就让我们能够越来越精确地测量运动量子的个数。”

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