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將銣原子的氣體冷卻到絕對零度以上的一億分之一度或更低,就會發生一些奇怪的事情。原子失去它們的個體性併合併成一個單一的量子態,形成所謂的玻色-愛因斯坦凝聚態 (BEC)。在這種凝聚態中,原子無摩擦地流動,賦予超冷氣體超流動的特性。自 1995 年以來,科學家們就已經瞭解了很多,當時國家標準與技術研究所的埃裡克·A·康奈爾和他的同事在實驗室中建立了第一個 BEC,這一成就為他們贏得了 2001 年的諾貝爾物理學獎。現在,新的研究使這項工作更進一步,揭示了令人驚訝的 BEC 行為。 看來,在某些條件下,凝聚態會發生可逆的量子相變,從超流體轉變為圖案化的流體,這是一種新型的物質。今天在《自然》雜誌上宣佈的這一發現可能有助於構建量子計算機。
為了誘導他們的銣 BEC 切換狀態,德國慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學的馬庫斯·格雷納和他的同事將量子氣體置於光晶格中,這是一種由雷射束產生的三維光干涉圖案。在超流體相中,銣原子在這個高能峰和低能谷的景觀中自由移動,每個谷中 settling 的原子數量各不相同。但是,當研究人員增加構成光晶格的雷射束的強度時,從而增高了能量景觀的峰值,原子失去了自由,每個原子都被困在一個谷中,迫使超流體進入絕緣相。降低雷射場的強度會降低峰值並釋放原子,使氣體恢復到超流體狀態。
在《自然》雜誌報告的評論中,荷蘭烏得勒支大學的物理學家亨克·T·斯托夫指出,在絕緣相中建立的理想單原子陣列適合量子計算。“每個銣原子都有一個磁矩,因此具有兩個內部狀態,可以用作量子位的 0 和 1,”他寫道。鑑於光晶格中存在大量的銣原子,他說,它們可以為量子計算機提供記憶體。此外,“如果有兩個這樣的記憶體可以相對於彼此移動,我們甚至可以利用原子之間的相互作用來進行量子計算,”斯托夫沉思道。“實現這個令人興奮的目標的第一步現在已經邁出。”