开创性的"黑暗"粒子实验让纳米尺寸的玻璃珠在宏观尺度上展现量子效应

2024年02月01日 09:39 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

普通世界和量子领域之间的区别仍然模糊不清。随着物体体积的增大,当它的运动冷却到绝对零度而发生量子变换时,它的局部性就会加强。奥地利科学院(ÖAW)量子光学与量子信息研究所(IQOQI)和因斯布鲁克大学(University ofInnsbruck)理论物理系的奥里奥尔-罗梅罗-伊萨特(Oriol Romero-Isart)领导的研究人员提出了一个实验方案。

在该实验中,光学悬浮纳米粒子冷却到基态后,会在静电力或磁力产生的非光学("暗")电势中演化。在暗电势中的这种演变有望快速、可靠地产生宏观量子叠加态。

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一颗纳米级大小的玻璃珠在静电力或磁力产生的势能中演化,进入宏观量子叠加态。资料来源:Helene Hainzer

激光能将纳米级大小的玻璃球冷却到运动基态。如果让这种玻璃球单独存在,在空气分子的轰击和入射光的散射下,玻璃球会迅速升温并离开量子态,从而限制了量子控制。为了避免这种情况,研究人员建议让玻璃球在黑暗中演化,关闭光线,仅由非均匀静电力或磁力引导。这种演化速度不仅足以防止杂散气体分子的加热,而且还能解除极端局部化,并刻画出明确的量子特征。

最近发表在《物理评论快报》上的论文还讨论了这一建议如何规避这类实验的实际挑战。这些挑战包括需要快速的实验运行、尽量少使用激光以避免退相干,以及快速重复同一粒子实验运行的能力。这些考虑因素对于减轻低频噪声和其他系统误差的影响至关重要。

这项建议已经与 Q-Xtreme 的实验合作伙伴进行了广泛讨论,Q-Xtreme 是由欧盟资助的 ERC 协同资助项目。

奥里奥尔-罗梅罗-伊萨特的理论团队说:"我们提出的方法与他们实验室目前的发展相一致,他们应该很快就能在经典体系中用热粒子测试我们的协议,这将非常有助于测量和最大限度地减少激光关闭时的噪声源。我们相信,虽然最终的量子实验将不可避免地具有挑战性,但它应该是可行的,因为它符合制备这些宏观量子叠加态的所有必要标准。"

编译来源:ScitechDaily

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