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原子装置可以探测日常世界之间的量子边界

更新时间:2020-08-25 20:07点击:

一种依靠流动的超低温原子云的新装置有望测试量子世界的奇异性和我们每天所经历的宏观世界的熟悉性之间的交集。原子超导量子干涉装置(SQUID)还可能用于超灵敏的旋转测量,并作为量子计算机的一个组件。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室材料物理和应用量子小组的物理学家刘昌云(Changhyun Ryu)说:“在传统的乌贼中,电子电流中的量子干涉可以用来制造最灵敏的磁场探测器之一。”“我们使用中性原子而不是带电电子。原子版本的乌贼对机械旋转很敏感,而不是对磁场有反应。”

虽然很小,直径只有一米的百万分之一,但原子乌贼要比通常受量子力学定律控制的分子和原子大几千倍。该装置相对较大的尺寸使其能够测试宏观实在论,这有助于解释我们所熟悉的世界是如何与在非常小的尺度上统治宇宙的量子奇异性相容的。在更实用的层面上,原子乌贼可以提供高灵敏度的旋转传感器,或者作为量子计算机的一部分执行计算。

研究人员通过将冷原子困在一片激光中制造了这个装置。第二束激光穿过这片“绘制”的图案,这些图案引导原子进入两个被称为约瑟夫森结的小缝隙隔开的半圆。

当乌贼旋转时,约瑟夫逊结彼此移动,半环中的原子数量改变,这是通过约瑟夫逊结的电流的量子力学干涉的结果。通过计算半圆每个部分的原子数,研究人员可以非常精确地确定系统的旋转速率。

作为第一个原子乌贼原型,这台设备还有很长一段路要走,它要引领新的导航系统,或者深入了解量子和经典世界之间的联系。研究人员希望将该装置的规模扩大到制造更大直径的原子乌贼,这将为实际应用和量子力学的新见解打开大门。