量子力學(xué)預(yù)測(cè)的最低溫度被突破，這是一個(gè)萬(wàn)物沉寂的世界
發(fā)布時(shí)間：2017-03-08
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來(lái)源：廣東計(jì)量協(xié)會(huì)
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美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的物理學(xué)家將一個(gè)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(gè)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(gè)可以振動(dòng)的鋁薄膜----冷卻到低于五分之一個(gè)能量量子的溫度，這個(gè)溫度低于量子力學(xué)預(yù)言的最低溫度。
NIST的科學(xué)家說(shuō)，理論上這個(gè)技術(shù)可以把物體冷卻到絕對(duì)零度，這是一個(gè)萬(wàn)物沉寂、沒(méi)有能量、也沒(méi)有運(yùn)動(dòng)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(shuō)。“傳感器會(huì)更加地靈敏；儲(chǔ)存器可以保存更久的信息。若用來(lái)造量子計(jì)算機(jī)，計(jì)算過(guò)程會(huì)沒(méi)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(gè)特殊設(shè)計(jì)的超導(dǎo)電路中，鼓的振動(dòng)可以影響在其腔體中來(lái)回反射的微波。微波也是電磁波的一種，是一種看不見(jiàn)的“光”，比起可見(jiàn)光來(lái)，它的波長(zhǎng)更長(zhǎng)，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(lái)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(lái)了。這個(gè)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(gè)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(lái)驅(qū)動(dòng)電路?！皦嚎s”（Squeezing）是一個(gè)量子力學(xué)的概念，一個(gè)處于壓縮態(tài)的光子，其噪音或量子擾動(dòng)被壓縮到了最低。
在量子擾動(dòng)的制約下，傳統(tǒng)技術(shù)只能將物體冷卻到了某一個(gè)最低溫度，NIST的團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用壓縮光，獲得了更加精確的電流頻率。這個(gè)特殊的電路可以產(chǎn)生十分“純凈”的光子，將量子擾動(dòng)控制在最低水平，從而突破了最低溫度的限制。
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