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科学家首次观测到宏观物体的量子效应

发布时间:2020-03-20 11:12:04 阅读: 来源:甜味剂厂家

据中国计量网消息美国科学家首次成功地将人眼可见的物体置于量子状态,让它处于动和不动的叠加状态。实验表明,量子力学的原理不但适用于原子,还可用于日常所见物体。研究人员表示,该研究结果对物理学的发展和量子计算机的研发具有非常重要的意义。

宏观物体的量子效应可以追溯到薛定谔的“薛定谔猫”理想实验。该理论认为,量子力学不适用于由微观粒子组成的宏观体。

“薛定谔猫”是关于量子理论的一个理想实验。设想在一个封闭的匣子里,有一只活猫、一小瓶毒药,毒药瓶上有一个锤子,锤子由一个电子开关控制,电子开关由放射性原子控制。如果原子核衰变,则放出α粒子,触动电子开关,锤子落下,砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,猫必死无疑。

在整个实验过程中,盒子都是密封的。按照常识,猫要么死,要么能活着。但是,薛定谔认为,存在一个中间态,猫既不死也不活,猫可能处于死了和活着之间的一种“叠加”状态。

在实验中,美国加州大学圣巴巴拉分校的安德鲁·克莱兰领导的科研团队使用了一个约30微米长的细小的木桨(“量子鼓”),当该木桨以一定的频率运动时会震动。接着,他们给这个木桨通上了遵守量子力学法则的超导电路,随后,他们将整个系统冷却,让系统处于量子基态。

克莱兰和同事证实,处于基态的木桨没有任何振动能。他们接着通过同样的超导电路给木桨一个推动力,随后,他们观察到该木桨以一个特定的能量摆动。接下来,研究人员将量子电路置于“推动”和“不推”的叠加状态,并且将它同木桨联通,通过一系列非常精细的测试,研究人员证明,木桨同时处在振动和不振动的叠加状态。

美国物理学会院士、俄勒冈大学教授王海林(音译)表示,研究结论非常“令人吃惊”。他们的研究表明,量子力学的法则也适用于宏观物体,这对物理学的发展非常有用。

至于为什么我们很难在日常生活中观察到宏观物体处于量子状态,克莱兰表示,物体的大小确实起着重要的作用,物体越大,外力越容易破坏其量子状态。

尽管如此,他仍然表示,我们需要让更大的物体进入量子状态,大物体的量子状态能够给研究人员提供更多的信息,比如量子力学和引力之间的关系等。另外,这也将为量子计算机的研发提供更多的信息。

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