雙原子干涉實驗首獲成功
- 發佈時間：2015-04-15 02:29:37 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京4月14日電 （記者劉霞）距科學家們成功實現雙光子干涉實驗之後30年，法國物理學家首次成功進行了雙原子的干涉實驗。這一研究將大力促進量子電腦和量子網路的發展。
在最新研究中，法國國家科學研究院（CNRS）和巴黎十一大學的物理學家首次成功地讓兩個獨立的原子實現了相干：當他們朝一個半透明鏡子的兩邊發射不可區分原子對時發現，原子對總是形影不離地同時出現。30年前，科學家們使用光子進行了同樣的實驗。由於與光子相比，原子是大品質粒子，所以該實驗不僅為用大品質粒子進行基本量子物理實驗提供了可能性，也將有助於量子力學中物質和引力效應的研究工作。
不可區分粒子這一概念最早由印度著名物理學家薩特延德拉·納特-玻色和愛因斯坦于1924年提出，是量子力學最複雜的現象之一。不可區分粒子是一些幾乎一模一樣的粒子，擁有同樣的狀態和參數，比如速度、波長和偏振方向等。使用光子進行的實驗又叫Hong-Ou-Mandel實驗，實驗中用到了光子和一個半透明的鏡子。如果科學家們朝著鏡子的任意一邊發射一個光子，光子被透射和反射的概率各為50%。但如果朝著鏡子的兩邊分別發射光子時，科學家們發現，這兩個光子總是形影不離地從一個方向出來，從而證實了量子相干現象。
現在，法國科學家首次使用物質粒子——氦-4原子對和同樣的鏡子進行了同樣的實驗，結果發現，當兩個相同的原子同時到達鏡子時，它們也總是一起出現，其行為舉止與光子如出一轍。
據每日科學網近日報道，該試驗面臨的最大障礙是製造不可區分原子對並操控它們。為此，研究人員首先製造出了玻色-愛因斯坦凝聚態，其大約含有10萬個氦-4原子。接著，他們成功地對這些粒子間的碰撞進行了控制，從而製造出了不可區分原子對。隨後，他們使用鐳射束對原子進行了操控。為了更好地描述相干效應，他們錯開了朝鏡子兩邊進發的原子的到達時刻。經過數千次試驗後，他們證實，當兩個原子錯開大約100微秒以上到達時，每個原子各行其是；當它們的到達時間更接近時，它們會同時從某一邊“現身”；而當原子同時到達時，效應最明顯。
科學家們表示，最新實驗不僅很好地佐證了量子力學，而且也展示了科學家們近年來在量子尺度上控制原子來源方面取得的進展。對原子進行如此複雜的操作，將會大力促進量子電腦和量子通訊網路的發展。
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