【據(jù)phys網(wǎng)站2017年01月11日報道】美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的物理學(xué)家已經(jīng)將機械物體冷卻到低于以前認(rèn)為可能的溫度，低于所謂的“量子極限”。2017年1月12日的“自然”雜志上描述的新的NIST理論和實驗表明，微觀機械鼓(振動鋁膜)可以被冷卻到小于單個量子或能量小包的五分之一，低于量子物理通常預(yù)測。NIST科學(xué)家說，這種新技術(shù)理論上可以用于將物體冷卻到?jīng)]有幾乎所有的能量和運動的溫度，絕對零度。領(lǐng)導(dǎo)實驗的NIST物理學(xué)家約翰•特費爾(John Teufel)說：“你能得到的鼓越冷，對任何的應(yīng)用就越好。傳感器會變得更加敏感，你可以存儲更長的信息。如果你在量子計算機中使用它，那么你的計算就沒有失真，你會得到你想要的答案。”直徑為20微米、厚度為100納米的鼓嵌入超導(dǎo)電路中，超導(dǎo)電路被設(shè)計成使得在被稱為電磁腔的空腔內(nèi)，鼓的運動影響微波跳動。微波是電磁輻射的一種形式，因此它們實際上是不可見光的形式，具有比可見光更長的波長和更低的頻率。腔體內(nèi)的微波光根據(jù)需要改變其頻率以匹配腔體自然的諧振或振動的頻率。這是空腔的自然“音調(diào)”，類似于充滿水的玻璃，當(dāng)它的邊緣用手指摩擦或其側(cè)面用勺子撞擊會發(fā)出聲音的音樂音調(diào)。NIST科學(xué)家先將量子鼓冷卻到其最低能量“基態(tài)”，或者是一個量子的三分之一。他們使用了一種稱為邊帶冷卻的技術(shù)，以低于空腔諧振的頻率將微波音調(diào)應(yīng)用于電路。此音調(diào)驅(qū)動電路中的電荷來敲鼓。受激鼓產(chǎn)生光粒子或光子，它自然地匹配腔體較高的諧振頻率。這些光子在其填滿時從腔中漏出。每個離開的光子帶有一個機械單位的能量——一個聲子—— 來自鼓的運動。這與首先于1978年在NIST被證實，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于原子鐘的激光冷卻單個原子的想法相同。最新的NIST實驗增加了一個新穎的扭曲——使用“擠壓光”來驅(qū)動鼓的電路。擠壓是量子力學(xué)概念，其中噪聲或不希望的波動被從光的有用屬性移動到不影響實驗的另一方面。這些量子波動限制了使用常規(guī)冷卻技術(shù)可以達到的最低溫度。NIST團隊使用特殊的電路來產(chǎn)生被純化或去除了強烈波動的微波光子，這減少了鼓的無意加熱。NIST的理論和實驗表明，擠壓光消除了普遍接受的冷卻限制。該鼓可以用于諸如組合了量子和機械元件的混合量子計算機的應(yīng)用中。
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