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用晶体挑战量子力学

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发布时间：2023-04-15
 

图 蓝宝石晶体（顶部）通过附着在晶体上的压电材料耦合到量子位。这种耦合既用于在晶体中产生量子振动模式，也用于表征它们。（苏黎世联邦理工学院）

 
ETH 的 Branco Weiss 研究员 Matteo Fadel 博士与固态物理实验室的 Yiwen Chu 教授及其丹麦和德国的同事们一起，现已成功地将微克质量的晶体置于量子叠加态为了测试量子力学在这个宏观体系中的有效性。他的研究结果最近发表在科学杂志《物理评论快报》上，应该可以使用比以往任何时候都重的物体来测试量子力学及其可能的修改。
 
为了测试更大质量物体的量子力学，他和他的团队使用了一种不同的方法：所谓的声波谐振器。这些基本上是制造振动的蓝宝石小板，然后测量这些振动。为了诱导代表量子力学叠加态的振动——相当于一个原子或分子同时处于两个位置——晶体通过压电效应（当材料变形时产生电场）耦合到一个充当量子比特或量子比特的超导电路，也用于量子计算机。
 
一个量子比特可以呈现两种可能的量子态之一，或者两者的叠加。通过将量子位耦合到晶体，可以将量子位的叠加状态转移到晶体中原子的集体振动。此外，量子位随后可用于检测晶体的振动状态。
 
通过这个过程，Fadel 和他的合作者能够创建由一万万亿个原子（一个有 16 个零的数字）组成的蓝宝石晶体的量子力学叠加态。他们将每秒振动约 60 亿次的晶体冷却到绝对零以上的百分之一度，以最大限度地减少热波动。将晶体置于特定的量子态后，研究人员通过量子比特在可变时间后检测其状态。这使他们能够确定晶体的振动状态是真正的量子力学还是可以用经典力学来描述。在他们的实验中，他们在长达 40 微秒的晶体振动中发现了量子特征。
 
来源：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.133604
 

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