微米級實驗裝置可觀察並控制量子運動
- 發佈時間：2015-09-01 01:30:36 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京8月31日電 （記者常麗君）一個由美、韓、德等多國科學家組成的國際研究團隊日前開發出一種新方法，能觀察並控制較大物體的量子運動。研究人員指出，如果這種技術能進一步放大，有望用來尋找時空構造中的漣漪——引力波。
在日常生活中，物體可以靜止下來；而在量子世界，沒有東西能真正靜止。該研究負責人、加州理工學院物理與應用物理學教授基思·施瓦伯説：“過去兩年中，我們掌握了通過製冷讓微米級的小物體靜止的方法，讓它們回到量子基態。但我們知道，即使在量子基態，仍有很小的振幅波動，或叫作‘噪聲’。”
理論上，量子噪聲是所有物體固有的一種運動，不會消失。研究團隊發表在最新一期《科學》雜誌上的論文稱，他們設計了一種微米大小的裝置，由柔性鋁片及其面上的一層硅基質構成，當硅鋁片以每秒350萬次的頻率振動時，就會與超導電路接通。利用該裝置能夠觀察到量子噪聲並控制它。按照經典力學法則，如果冷卻到基態，這種振動結構會完全靜止，但實驗顯示並非如此。當他們把彈性鋁片冷卻到基態時，仍有剩餘能量，即量子噪聲。
施瓦伯説：“量子力學精確解釋了電子行為，我們把量子物理學用到較大事物上，就能在光學顯微鏡下看見它，我們觀察的不是一個而是幾萬億個原子的量子效應。”
由於存在量子噪聲，它就對精確測量一個物體的位置設置了基本限制，但這種限制並非不可逾越。施瓦伯解釋説：“描述噪聲或運動的主要有兩個變數。我們證明了確實能讓其中一個變數的波動更小，但代價是讓另一個變數的波動更大，即所謂的量子壓縮態。我們在一個地方壓縮了噪聲，由於擠壓，更多噪聲轉到其他地方，至於轉到了哪兒，無法測量，也無關緊要。”
未來這種控制量子噪聲的能力或可用於提高有關檢測的精度，如鐳射干涉測量引力波觀測站（LIGO），以尋找引力波。施瓦伯説：“此項研究的目的是在更大尺度上探測量子機制，希望將來能探測到引力波。”
總編輯圈點
在大眾的理解中，量子運動是微觀粒子的運動狀態，與人們的日常生活貌似相距甚遠。然而，科學家已經開始觀察並研究較大物體的量子運動，以期對時空構造的成分——引力波能有更深的了解。只是這一步，或許沒那麼容易：固有存在的量子噪聲將限制這種觀測。回顧科學的發展，對未知世界的每一次挖掘，都伴隨著努力，阻撓，突破與發現的往復迴圈，但在這迴圈中的不時出現的希望曙光，帶給了科學以及世界新的發展動力。
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