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陳根:Displacemon,為量子力學搭建通向經典力學的橋梁

2022-01-14
來源:陳述根本

在十九世紀初期,完美的經典物理學的大廈已經建成。然而,還有“兩朵烏云”仍然籠罩在經典物理學大廈的上方,其中一朵就是黑體輻射的紫外災難。為了解釋這個現(xiàn)象,并結合已有的對氫原子光譜等問題的研究,量子力學橫空出世,將物理學劈成量子力學和經典物理學。

與經典物理學截然不同的是,量子物理學為人類提供了一個理解微觀世界的框架。在量子世界里,所有物質都可以被還原成61種基本粒子。其中最重的基本粒子,質量也不超過3.1×10^-25千克。

并且,量子世界里很多物理量是不連續(xù)的,比如質量,電荷,甚至是能量,都有一個最小的單元。這些單元不可分割,任何數(shù)值只能取它們的整數(shù)倍。這就好比你可以從口袋里掏出5毛或者1分錢,但你永遠也掏不出來半分錢。所謂量子,就是指這些不可分割的最小單元。

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然而,盡管量子物理學為人們打開了量子世界的全新大門,但量子現(xiàn)象并不存在于我們的日常生活中,甚至,人們至今也并不清楚,是什么因素促成了量子和經典理論之間的過渡,又是否存在導致這種過渡的基本機制?

基于此,人們曾提出了許多模型,統(tǒng)稱為客觀坍縮理論。盡管對于微觀物理行為與宏觀物理行為、以及在這兩種尺度之間的波函數(shù)坍縮現(xiàn)象,坍縮理論都能夠給出解釋,但是一直以來,對這些理論的測試在實驗上卻具有極大的挑戰(zhàn)性。

現(xiàn)在,來自倫敦帝國學院和蘭卡斯特大學的研究人員則發(fā)表了關于在實驗室中研究這些客觀坍縮理論的新方法。具體來看,研究人員的方法利用了“Displacemon”——一個由連接到超導量子比特的諧振器組成的電子機械裝置。并通過操縱量子比特,提出了一種技術來探測標準量子理論的偏差,其方式可以用客觀坍縮來解釋。

在最初的設計里,“Displacemon”是一個碳納米管,包含106個核子。為了在更宏觀的尺度上探測量子力學,研究人員最終使用了鋁機械諧振器,以對量子理論的偏差進行測量。這些實驗可以幫助人們在更大范圍上探測量子力學。對于此,領導蘭卡斯特大學量子電子設備研究小組的愛德華-萊爾德博士表示:“Displacemon不僅是測試基本量子力學的工具,也可能是新傳感技術的基礎?!?/p>




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