微米级实验装置可观察并控制量子运动

有望用于寻找引力波时空涟漪

2015年09月01日 来源： 科技日报

　　理论上，量子噪声是所有物体运动所固有的，施瓦伯和同事设计了一种装置，能观察并控制量子噪声。这种微米级的装置由柔性铝片和上面的一层硅基质构成。

　　一个由美、韩、德等多国科学家组成的国际研究团队日前开发出一种新方法，能观察并控制较大物体的量子运动。研究人员指出，如果这种技术能进一步放大，有望用来寻找时空构造中的涟漪——引力波。

　　在日常生活中，物体可以静止下来；而在量子世界，没有东西能真正静止。该研究负责人、加州理工学院物理与应用物理学教授基思·施瓦伯说：“过去两年中，我们掌握了通过制冷让微米级的小物体静止的方法，让它们回到量子基态。但我们知道，即使在量子基态，仍有很小的振幅波动，或叫作‘噪声’。”

　　理论上，量子噪声是所有物体固有的一种运动，不会消失。研究团队发表在最新一期《科学》杂志上的论文称，他们设计了一种微米大小的装置，由柔性铝片及其面上的一层硅基质构成，当硅铝片以每秒350万次的频率振动时，就会与超导电路接通。利用该装置能够观察到量子噪声并控制它。按照经典力学法则，如果冷却到基态，这种振动结构会完全静止，但实验显示并非如此。当他们把弹性铝片冷却到基态时，仍有剩余能量，即量子噪声。

　　施瓦伯说：“量子力学精确解释了电子行为，我们把量子物理学用到较大事物上，就能在光学显微镜下看见它，我们观察的不是一个而是几万亿个原子的量子效应。”

　　由于存在量子噪声，它就对精确测量一个物体的位置设置了基本限制，但这种限制并非不可逾越。施瓦伯解释说：“描述噪声或运动的主要有两个变量。我们证明了确实能让其中一个变量的波动更小，但代价是让另一个变量的波动更大，即所谓的量子压缩态。我们在一个地方压缩了噪声，由于挤压，更多噪声转到其他地方，至于转到了哪儿，无法测量，也无关紧要。”

　　未来这种控制量子噪声的能力或可用于提高有关检测的精度，如激光干涉测量引力波观测站（LIGO），以寻找引力波。施瓦伯说：“此项研究的目的是在更大尺度上探测量子机制，希望将来能探测到引力波。” （记者常丽君）