量子力学预测的最低温度被突破，这是一个万物沉寂的世界
发布时间：2017-03-08
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来源：广东计量协会
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美国国家标准与技术研究院（NIST）的物理学家将一个机械物体的温度降至新低，突破了所谓的“量子极限”。
《自然》杂志刊文介绍了NIST的这个新实验。文章描述了如何将一只纳米尺度上的机械鼓---- 一个可以振动的铝薄膜----冷却到低于五分之一个能量量子的温度，这个温度低于量子力学预言的最低温度。
NIST的科学家说，理论上这个技术可以把物体冷却到绝对零度，这是一个万物沉寂、没有能量、也没有运动的温度。
“鼓被冷却到的温度越低，在应用中的表现就越好，”该实验的负责人、NIST物理学家JohnTeufel说。“传感器会更加地灵敏；储存器可以保存更久的信息。若用来造量子计算机，计算过程会没有任何失真，可以准确地给出你想要的答案。”
铝鼓的直径200纳米，厚度100纳米，它嵌在一个特殊设计的超导电路中，鼓的振动可以影响在其腔体中来回反射的微波。微波也是电磁波的一种，是一种看不见的“光”，比起可见光来，它的波长更长，频率更低。
我们知道，光子的频率越高，能量就越大，多余的能量自然来自量子鼓本身。当光子积累到一定程度后便从鼓中溢出，带走这些能量，鼓就被冷却下来了。这个原理与大名鼎鼎的激光冷却原理大同小异，1978年NIST第一次用激光冷却了一个原子，如今激光冷却已经被应用于原子钟等广泛领域。
最近的一次NIST实验又有了新的改进----使用“压缩态光”（squeezed light）来驱动电路。“压缩”（Squeezing）是一个量子力学的概念，一个处于压缩态的光子，其噪音或量子扰动被压缩到了最低。
在量子扰动的制约下，传统技术只能将物体冷却到了某一个最低温度，NIST的团队通过使用压缩光，获得了更加精确的电流频率。这个特殊的电路可以产生十分“纯净”的光子，将量子扰动控制在最低水平，从而突破了最低温度的限制。
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