美國(guó)科學(xué)家首次觀測(cè)到宏觀物體量子效應(yīng)
據(jù)英國(guó)《自然》雜志在線(xiàn)17日?qǐng)?bào)道,美國(guó)科學(xué)家首次成功地將人眼可見(jiàn)的物體置于量子狀態(tài),讓它處于動(dòng)和不動(dòng)的疊加狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)表明,量子力學(xué)的原理不 但適用于原子,還可用于日常所見(jiàn)物體。研究人員表示,該研究結(jié)果對(duì)物理學(xué)的發(fā)展和量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)具有非常重要的意義。
宏觀物體的量子效應(yīng)可以追溯到薛定諤的“薛定諤貓”理想實(shí)驗(yàn)。該理論認(rèn)為,量子力學(xué)不適用于由微觀粒子組成的宏觀體。 “薛定諤貓”是關(guān)于量子理論的一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)。設(shè)想在一個(gè)封閉的匣子里,有一只活貓、一小瓶毒藥、毒藥瓶上有一個(gè)錘子,錘子由一個(gè)電子開(kāi)關(guān)控制, 電子開(kāi)關(guān)由放射性原子控制。如果原子核衰變,則放出α粒子,觸動(dòng)電子開(kāi)關(guān),錘子落下,砸碎毒藥瓶,釋放出里面的氰化物氣體,貓必死無(wú)疑。 在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,盒子都是密封的。按照常識(shí),貓要么死,要么能活著。但是,薛定諤認(rèn)為,存在一個(gè)中間態(tài),貓既不死也不活,貓可能處于死了和活 著之間的一種“疊加”狀態(tài)。 在實(shí)驗(yàn)中,美國(guó)加州大學(xué)圣巴巴拉分校的安德魯·克萊蘭領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)使用了一個(gè)約30微米長(zhǎng)的細(xì)小的木槳(“量子鼓”),當(dāng)該木槳以一定的頻率 運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)震動(dòng)。接著,他們給這個(gè)木槳通上了遵守量子力學(xué)法則的超導(dǎo)電路,隨后,他們將整個(gè)系統(tǒng)冷卻,讓系統(tǒng)處于量子基態(tài)。 克萊蘭和同事證實(shí),處于基態(tài)的木槳沒(méi)有任何振動(dòng)能。他們接著通過(guò)同樣的超導(dǎo)電路給木槳一個(gè)推動(dòng)力,隨后,他們觀察到該木槳以一個(gè)特定的能量擺 動(dòng)。接下來(lái),研究人員將量子電路置于“推動(dòng)”和“不推”的疊加狀態(tài),并且將它同木槳聯(lián)通,通過(guò)一系列非常精細(xì)的測(cè)試,研究人員證明,木槳同時(shí)處在振動(dòng)和不 振動(dòng)的疊加狀態(tài)。 美國(guó)物理學(xué)會(huì)院士、俄勒岡大學(xué)教授王海林(音譯)表示,研究結(jié)論非常“令人吃驚”。他們的研究表明,量子力學(xué)的法則也適用于宏觀物體,這對(duì)物理 學(xué)的發(fā)展非常有用。 至于為什么我們很難在日常生活中觀察到宏觀物體處于量子狀態(tài)?克萊蘭表示,物體的大小確實(shí)起著重要的作用,物體越大,外力越容易破壞其量子狀態(tài)。 盡管如此,他仍然表示,我們需要讓更大的物體進(jìn)入量子狀態(tài),大物體的量子狀態(tài)能夠給研究人員提供更多的信息,比如量子力學(xué)和引力之間的關(guān)系等, 另外,這也將為量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)提供更多的信息。 |