在一項最新研究中,西班牙巴塞羅那科學(xué)技術(shù)學(xué)院(ICFO)科學(xué)家建造了全球首臺能對鍶量子氣體內單個(gè)原子成像的顯微鏡,并以希臘神話(huà)中雪神的名字命名為“喀俄涅”(QUIONE)。這臺量子氣體顯微鏡有望用于模擬更復雜材料,揭示新的物質(zhì)狀態(tài),也可用于量子模擬,解釋當前計算機無(wú)法回答的問(wèn)題。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《物理學(xué)評論X輯·量子》上。
量子物理學(xué)需要借助高精度傳感技術(shù)來(lái)深入研究材料的微觀(guān)特性。量子氣體顯微鏡能檢測單個(gè)原子,生成分辨率非常高的量子氣體圖像,是從原子水平理解量子系統的強大工具。
量子氣體顯微鏡裝置目前主要依賴(lài)鋰和鉀等堿性原子,但與鍶等堿性原子相比,鋰和鉀的光譜性質(zhì)更簡(jiǎn)單,這意味著(zhù)鍶能提供更多信息。此外,鍶的獨特性質(zhì)也使其在量子計算和量子模擬領(lǐng)域備受關(guān)注。例如,鍶原子云可用作原子量子處理器,解決當前經(jīng)典計算機無(wú)法處理的問(wèn)題。
鑒于鍶量子模擬的巨大潛力,ICFO科學(xué)家著(zhù)手構建量子氣體顯微鏡。為此,他們首先利用激光降低鍶氣體溫度。在短短幾毫秒內,使其溫度降至幾乎絕對零度。在此條件下,原子行為受量子力學(xué)定律支配,表現出量子疊加和糾纏等新特征。隨后,他們利用特殊激光激活了光學(xué)晶格,使原子沿空間排列成網(wǎng)格。最后,研究人員用顯微鏡拍攝圖像,最終可逐個(gè)原子地觀(guān)察鍶量子氣體,“喀俄涅”構建完成。
他們使用該顯微鏡確認鍶氣體是一種超流體,即一種沒(méi)有黏性的量子物質(zhì)相。