分享至
《科學(xué)》：“懸浮”納米粒子可以推動量子糾纏的極限
懸浮在激光束中的玻璃顆粒可以相互作用（構(gòu)想圖）。圖片來源：Equinox Graphics Ltd.
近日，德國杜伊斯堡—埃森大學(xué)Benjamin A. Stickler領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊把微小的玻璃球懸浮在真空中，使它們在近距離內(nèi)相互作用，實現(xiàn)了精確地操縱“懸浮”納米粒子，從而開辟了探索日常世界和反直覺的量子物理學(xué)之間、神秘模糊地帶的新方法。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《科學(xué)》。
瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院物理學(xué)家Romain Quidant認為，這無疑是開辟新機會的重要里程碑。懸浮粒子有朝一日可能成為量子計算的平臺，或為精密靈敏的測量設(shè)備鋪平道路。
研究團隊第一次嘗試了多重懸浮粒子。他們將激光從真空室內(nèi)的液晶面板上反射回來，將光束一分為二。然后使用超聲波霧化器將200納米寬的玻璃球注入腔室，直到納米球被捕獲在兩個激光束中的每一個的焦點中。
這種“光懸浮”技術(shù)之所以能起作用，是因為激光電場的快速振蕩會導(dǎo)致電荷在每個納米球的兩端以同樣快的速度出現(xiàn)，就像條形磁鐵的兩極一樣。這種極化產(chǎn)生了一種力，將粒子推向光最強烈的區(qū)域，指向激光束的焦點。
Benjamin A. Stickler解釋，當(dāng)極化快速來回翻轉(zhuǎn)時，它就像發(fā)射電磁波天線內(nèi)的電流一樣。“因為有加速電荷，所以會發(fā)出輻射”。
通過調(diào)整液晶面板，研究人員可以將兩個焦點拉得更近。在幾微米的距離處，粒子開始感知彼此的波，研究人員可以使它們一致地振動，就像通過一系列彈簧連接的質(zhì)量一樣。
調(diào)整激光還允許研究人員關(guān)閉一個粒子施加在另一個粒子上的力，而不關(guān)閉來自第二個粒子的相反力。Stickler說，他們下一步計劃使用激光將兩個粒子冷卻到量子基態(tài)。屆時，將粒子置于量子糾纏狀態(tài)將成為可能，這意味著它們的一些可測量屬性，比經(jīng)典非量子物理定律所允許的關(guān)聯(lián)更強。
糾纏是量子行為的一個標志，通常只在亞原子尺度上觀察到。長期以來，物理學(xué)家一直在爭論宏觀物體是否受它們自己的一套定律支配，或者量子效應(yīng)在這些尺度上是否太難觀察。通過在越來越大的尺度上證明量子行為，許多實驗正在努力探索這個問題。去年，兩個團隊獨立地將一對微米尺度的圓桶置于糾纏狀態(tài)，這是第一次對宏觀物體進行這樣的實驗。
但研究人員表示，這種“夾住”的物體存在局限性：它們在物理上與設(shè)備相連，這使得微妙的量子態(tài)很難不被破壞。
考慮到這一點，奧地利因斯布魯克大學(xué)理論物理學(xué)家Peter Zoller等人在2010年3月5日首次設(shè)想使用懸浮納米粒子進行量子實驗。Zoller認為，可以把納米顆粒想象成一個能用激光控制并移動的小型計算機。”
Stickler補充說，懸浮技術(shù)的另一個優(yōu)點是可以很好地捕獲兩個以上的粒子。Zoller表示同意：“它可以立即擴展到更大的數(shù)量。當(dāng)懸浮和激光冷卻應(yīng)用于單個原子或離子時，就像量子計算中的秘密配方。同樣的情況也會發(fā)生在納米顆粒上。”
