【據(jù)phys網(wǎng)站2017年01月11日?qǐng)?bào)道】美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的物理學(xué)家已經(jīng)將機(jī)械物體冷卻到低于以前認(rèn)為可能的溫度，低于所謂的“量子極限”。2017年1月12日的“自然”雜志上描述的新的NIST理論和實(shí)驗(yàn)表明，微觀機(jī)械鼓(振動(dòng)鋁膜)可以被冷卻到小于單個(gè)量子或能量小包的五分之一，低于量子物理通常預(yù)測(cè)。NIST科學(xué)家說(shuō)，這種新技術(shù)理論上可以用于將物體冷卻到?jīng)]有幾乎所有的能量和運(yùn)動(dòng)的溫度，絕對(duì)零度。領(lǐng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的NIST物理學(xué)家約翰•特費(fèi)爾(John Teufel)說(shuō)：“你能得到的鼓越冷，對(duì)任何的應(yīng)用就越好。傳感器會(huì)變得更加敏感，你可以存儲(chǔ)更長(zhǎng)的信息。如果你在量子計(jì)算機(jī)中使用它，那么你的計(jì)算就沒(méi)有失真，你會(huì)得到你想要的答案。”直徑為20微米、厚度為100納米的鼓嵌入超導(dǎo)電路中，超導(dǎo)電路被設(shè)計(jì)成使得在被稱(chēng)為電磁腔的空腔內(nèi)，鼓的運(yùn)動(dòng)影響微波跳動(dòng)。微波是電磁輻射的一種形式，因此它們實(shí)際上是不可見(jiàn)光的形式，具有比可見(jiàn)光更長(zhǎng)的波長(zhǎng)和更低的頻率。腔體內(nèi)的微波光根據(jù)需要改變其頻率以匹配腔體自然的諧振或振動(dòng)的頻率。這是空腔的自然“音調(diào)”，類(lèi)似于充滿水的玻璃，當(dāng)它的邊緣用手指摩擦或其側(cè)面用勺子撞擊會(huì)發(fā)出聲音的音樂(lè)音調(diào)。NIST科學(xué)家先將量子鼓冷卻到其最低能量“基態(tài)”，或者是一個(gè)量子的三分之一。他們使用了一種稱(chēng)為邊帶冷卻的技術(shù)，以低于空腔諧振的頻率將微波音調(diào)應(yīng)用于電路。此音調(diào)驅(qū)動(dòng)電路中的電荷來(lái)敲鼓。受激鼓產(chǎn)生光粒子或光子，它自然地匹配腔體較高的諧振頻率。這些光子在其填滿時(shí)從腔中漏出。每個(gè)離開(kāi)的光子帶有一個(gè)機(jī)械單位的能量——一個(gè)聲子—— 來(lái)自鼓的運(yùn)動(dòng)。這與首先于1978年在NIST被證實(shí)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于原子鐘的激光冷卻單個(gè)原子的想法相同。最新的NIST實(shí)驗(yàn)增加了一個(gè)新穎的扭曲——使用“擠壓光”來(lái)驅(qū)動(dòng)鼓的電路。擠壓是量子力學(xué)概念，其中噪聲或不希望的波動(dòng)被從光的有用屬性移動(dòng)到不影響實(shí)驗(yàn)的另一方面。這些量子波動(dòng)限制了使用常規(guī)冷卻技術(shù)可以達(dá)到的最低溫度。NIST團(tuán)隊(duì)使用特殊的電路來(lái)產(chǎn)生被純化或去除了強(qiáng)烈波動(dòng)的微波光子，這減少了鼓的無(wú)意加熱。NIST的理論和實(shí)驗(yàn)表明，擠壓光消除了普遍接受的冷卻限制。該鼓可以用于諸如組合了量子和機(jī)械元件的混合量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用中。
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