“量子麥克風”使可見物體同時處於兩個位置

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一個分子拍手的聲音是什麼?研究人員已經展示了一種裝置,可以拾取單個機械振動量子,類似於在化學反應期間搖動分子的那些量子,並表明該裝置本身(只有頭髮的寬度)表現得好像同時存在於兩個位置。 這種型別的“量子怪異”壯舉到目前為止僅在分子尺度上觀察到。

“這是一個里程碑,”洛斯阿拉莫斯國家實驗室的理論物理學家沃伊切赫·祖雷克說。“它證實了我們許多人相信的,但有些人繼續抵制的——我們的宇宙本質上是量子的。”

加州大學聖巴巴拉分校的研究生亞倫·奧康奈爾使用計算機晶片製造技術製造了一個機械諧振器——類似於一個小型的音叉。 它厚一微米,長四十微米,剛好大到肉眼可見。 然後,他和他的合作者將諧振器連線到超導電路,並將所有東西冷卻到絕對零度以上 0.025 度以內。 在這些溫度下,諧振器要麼完全靜止,要麼擁有一個振動能量量子,稱為聲子。 可以使用超導電路檢測振動——在這種情況下,該裝置充當“量子麥克風”。 或者,在電路中執行電流會迫使諧振器同步振動。 因此,當團隊將電路置於兩種狀態的疊加態時,一種狀態有電流,另一種狀態沒有電流,諧振器就處於振動和不振動的疊加態。


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在振動狀態下,諧振器中的每個原子僅移動了極小的距離——小於原子本身的大小。 因此,在狀態的疊加中,諧振器從未真正處於兩個完全不同的位置。 但即便如此,實驗表明,一個大型物體(由約 10 萬億個原子組成)可以表現出與單個原子一樣多的量子怪異性。 奧康奈爾在 3 月份的美國物理學會會議上介紹了結果,研究結果發表在 4 月 1 日的《自然》雜誌上。(《大眾科學》是自然出版集團的一部分。)

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