雷射冷卻原子能造出強相互作用的量子觸點

2020-11-23 OFweek維科網

  瑞士日內瓦大學和蘇黎世聯邦理工學院科學家合作,用量子冷卻壓縮的方法,將兩種物質通過奇特的量子力學性質連接在一起。這一成果為深入理解量子物理學,製造出未來量子電路設備開闢了新途徑。

  近日,蘇黎世聯邦理工學院的實驗團隊由蒂爾曼·埃斯林格和吉恩·布蘭圖特帶領。他們先用雷射束捕獲原子,隔離所有外界幹擾。雷射束將原子製冷到極低溫度,產生了潔淨的、具有量子力學性質的冷原子超導體。隨後研究人員將兩個冷原子云超導體通過一個量子觸點,以約瑟夫森結的形式連接起來,使其在強相互作用下結合在一起,並在超導體之間實現了超冷原子的高效傳輸。

  負責研究理論部分的日內瓦大學科學學院教授謝瑞·伽瑪奇解釋說,一般情況下粒子間的相互作用很弱,而在冷原子超導體內,粒子間相互作用非常強。通過冷卻帶來的強相互作用效應,就像水結成了冰:基本系統還和原來一樣,但冷卻後效果卻截然不同。伽瑪奇說:「通過這種新的量子連接方式,我們能揭示這些超導量子系統中的新效應。這是一項基礎性突破,讓超冷原子利用量子物理原理產生新的特性。」

  研究人員指出,要想在量子材料之間生成潔淨的結點非常困難。現在他們已能生成強相互作用的量子觸點,將量子材料連接在一起,最終能造出用於日常生活的新材料。這一成果是理解超冷原子傳輸的關鍵一步,有助於進一步研究超導及其他量子互連材料,用在計算機、電子設備、電晶體中形成電子線路,為更高效的信息處理開闢新途徑。

  相關論文發表在最近的《科學》雜誌上。

相關焦點

  • 冷卻原子能造出強相互作用的量子觸點 為製造量子電路設備開闢新途徑
    瑞士日內瓦大學和蘇黎世聯邦理工學院科學家合作,用量子冷卻壓縮的方法,將兩種物質通過奇特的量子力學性質連接在一起。這一成果為深入理解量子物理學,製造出未來量子電路設備開闢了新途徑。
  • 分子雷射冷卻的新方法
    將分子冷卻到量子狀態,即足夠保護精密量子態不受隨機熱效應影響的低溫,在量子化學、多體物理和基礎物理中的應用不勝枚舉。 例如,極性分子為量子模擬提供了一個很有實用前途的平臺,它們的電偶極矩能提供強大且和可調和的相互作用。極性分子對高能物理也有很敏銳的影響:它們內部巨大的電磁場會放大假設的電磁相互作用,而經預測這種相互作用可以解決宇宙中物質-反物質不對稱的問題。
  • 基於雷射冷卻原子美國開發量子傳感技術
    據中國國防科技信息網報導,美國陸軍研究實驗室科學家正在對量子傳感領域進行探討,發現可以通過技術創新,提高陸軍導航和探測能力。  美國陸軍研究實驗室傳感器與電子設備局物理學家Qudsia Quraishi博士指出,經典物理學可能限制精確感知技術(如成像和導航)的性能。他說:「精確成像通常受到光的衍射極限的限制。
  • 科學網—裡程碑:雷射冷卻原子
    裡程碑:雷射冷卻原子
  • 利用低溫技術和直接雷射將非線性多原子分子冷卻到絕對零度的方法
    其中,小組介紹了一種將低溫技術與直接雷射相結合的新方法來冷卻非線性多原子分子氧化鈣(Caoch)。3)略高於絕對零度。科學家們認為,他們的實驗標誌著第一次用雷射冷卻了這樣一個複雜的大分子,並說它為量子模擬和計算、粒子物理和量子化學開闢了新的研究途徑。
  • 雷射冷卻技術的發展現狀分析
    雷射冷卻技術及其在科學技術中的應用是近二十年來發展十分迅速的研究領域,它是利用雷射和原子的相互作用減速原子運動以獲得超低溫原子的高新技術。這一技術早期的主要目的是為了精確測量各種原子參數,用於高解析度雷射光譜和超高精度的量子頻標(原子鐘),後來成為實現原子玻色-愛因斯坦凝聚的關鍵實驗方法。
  • 科學家利用雷射冷卻造出零下273℃中性等離子體
    據美國《新聞周刊》網站近日報導,科學家利用雷射冷卻,創造出溫度達到零下273℃的中性等離子體,其比太空深處溫度還要低。這一成果發表於《科學》雜誌,顯示了極端環境下(比如白矮星和木星中央)等離子體的新的可能性。  一般認為,雷射可用於加熱,但其實也可用於冷卻物理系統。
  • 雷射冷卻玩轉單原子
    展望  基於原子冷卻與俘獲的單原子製備及其量子調控,促進了人類對量子力學本質及物質運動狀態的更深入、更徹底的了解,不僅是對現有科學技術的一種挑戰和超越,而且已成為量子光學和冷原子物理領域的一個交叉熱點。
  • 美:雷射技術可冷卻物體接近絕對零度
    美國麻省理工學院研究人員日前表示,他們利用雷射冷卻技術,成功地將體積相當於硬幣大小的物體冷卻到接近絕對溫度零度。該項成果創造了雷射冷卻相同體積物體的最低溫度紀錄,它為科學家最終將較大物體冷卻到絕對零度,以觀察物質的量子行為帶來了希望。   麻省理工學院物理助理教授、研究小組負責人奈吉斯·馬瓦爾瓦拉表示,雖然研究小組目前還沒有將物體冷卻到能夠觀察到量子行為所需的絕對零度,但是「最重要的是,我們首次找到了也許能最終了解物體量子行為的技術」。
  • 雷射冷卻就能產生玻色-愛因斯坦凝聚態?
    最終,在這項突破性的新研究之前,大多數研究人員放棄了只用雷射冷卻來產生BEC。研究之一的VladanVuleti說:幾年前,我已經知道如何通過使用特定的雷射頻率來減少原子雷射冷卻的主要障礙,光誘導的原子分子形成。與通過蒸發冷卻相比,雷射冷卻有可能更快、更有效,從而減少了實驗設置的限制。
  • 雷射冷卻三原子分子至超低溫
    含有三個原子的分子第一次被雷射冷卻到超低溫。這是由美國哈佛大學的John Doyle和同事們所完成的,他們使用了一種名為Sisyphus的冷卻技術,冷卻大約一百萬個氫氧化鍶分子至750μK。該團隊表示,這項工作為一系列應用開闢了道路,包括量子模擬和精密測量。
  • 雷射冷卻技術將分子冷卻到接近絕對零度
    據英國《新科學家》雜誌網站24日報導,美國科學家利用雷射冷卻技術,首次將三個原子組成的分子冷卻到接近絕對零度(-273.15℃),這是該技術迄今冷卻的最大分子。科學家們認為,這一奇蹟最終有望用於製造分子量子計算機,同時也可成為化學家們的好幫手。
  • 雷射冷卻原子鐘登上天宮二號
    空間冷原子鐘是在地面噴泉原子鐘的基礎上發展而來。噴泉原子鐘利用雷射冷卻技術把室溫下自由運動的熱原子囚禁到雷射勢阱中並冷卻到接近絕對零度,然後把冷卻後的原子自由上拋讓原子在上拋與下落的過程中與微波腔中的射頻時鐘信號相互作用,從而檢測時鐘信號與原子兩個特定能級間頻率差,進而修正時鐘信號誤差,由於受到重力的作用,自由運動的冷原子團始終處於變速狀態,宏觀上只能做類似噴泉的運動或者是拋物線運動,這使得基於原子量子態精密測量的原子鐘在時間和空間兩個維度受到一定的限制
  • 雷射那麼「熱」,為什麼可以用來冷卻原子?
    在世人的眼中,雷射是一種能量很強的光,它有熱效應,強雷射能擊穿金屬,可以充當武器。但是,現在卻有雷射冷卻,能把原子的溫度冷卻到只比絕對零度高那麼一點點兒。這是怎麼做到的呢?熱的本質雷射冷卻不難理解,但在徹底理解它之前,我們還需要再了解一些東西。熱大家都知道,但是熱的本質,我們還需要再回顧一下。「今天氣溫有多高?」「水有多冰涼?」
  • 雷射冷卻控制離子團實現新突破,或為量子器件製備提供方向
    美國國家標準技術研究所(NIST)的物理學家們採用和原子鐘實驗中一樣的邏輯,找到了控制單個帶電分子,或者離子團(molecular ions)的量子性質的方法。這項新技術達成了一個難以觸及的目標:使分子在雷射冷卻下的可控度達到了和原子相當的水平。對原子的量子態控制曾使原子物理領域發生翻天覆地的變化,也為原子鐘一類的應用打下基墊。
  • 雷射冷卻非對稱大分子至1.8 mK
    symmetric top molecule 完成單位:哈佛大學 圖片來源:KrisSnibbe /哈佛攝影工作室 一、         概論雷射冷卻是指運用一束或多束雷射將原子雷射冷卻這一概念最早於1962年由蘇聯學者提出,沉寂了一段時間後才被學界關注。1974年,史丹福大學的T.W.漢森等人提出以雷射將氣體分子減速的設想。1985年,著名的美國華裔科學家朱棣文使用雷射冷卻原子,成功實現了低溫環境,並因這一發明而獲得1997年的諾貝爾物理學獎。近年來,該技術的研究重點已轉向較為複雜分子。
  • 極度深寒下的原子操縱:中國科學家取得量子計算與模擬重大突破
    經過研究者多年的努力,量子模擬在量子多體問題、高溫超導、量子化學、原子物理以及基礎物理等領域已經發揮了重要作用。而量子計算和模擬的能力深深依賴於人們所能操控的糾纏態的量子比特數。量子計算能力隨可操控的糾纏粒子數呈指數增長,實現50個粒子的相干操縱,對特定問題的處理能力便超過了目前最強大的計算機,而100個粒子的相干操縱則達到目前全世界計算能力總和的100萬倍。
  • 雷射冷卻三原子分子
    據英國《新科學家》雜誌網站24日報導,美國科學家利用雷射冷卻技術,首次將三個原子組成的分子冷卻到接近絕對零度(
  • 回顧歷史:朱棣文參與研究雷射冷卻和陷俘原子
    固體和液體中的原子處於密集狀態之中,分子和原子相互間靠得很近,聯繫難以隔絕,氣體分子或原子則不斷地在作無規亂運動,即使在室溫下空氣中的原子分子的速率也達到幾百m/s。在這種快速運動的狀態下,即使有儀器能直接進行觀察,它們也會很快地就從視場中消失,因此難以對它們進行研究。降低其溫度,可以使它們的速率減小;但是問題在於:氣體一經冷卻,它就會先凝聚為液體,再凍結成固體。
  • 雷射冷卻囚禁原子並進行操控
    如果有一支原子軍隊的話,陳帥無疑能夠擔任這支隊伍的首席指揮官。這位34歲的中國科技大學量子工程中心的教授,每天的工作就是把這些「看不見摸不著」的原子,「當玩具一樣擺弄」。     「我就像個導演,可以指揮原子做水平運動,或是原地轉個圈。如果需要的話,還能讓它像蜜蜂那樣跳一段『8』字舞。」年輕的教授饒有興味地解說道。