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陈根:Displacemon,为量子力学搭建通向经典力学的桥梁

2022-01-14
来源:陈述根本

在十九世纪初期,完美的经典物理学的大厦已经建成。然而,还有“两朵乌云”仍然笼罩在经典物理学大厦的上方,其中一朵就是黑体辐射的紫外灾难。为了解释这个现象,并结合已有的对氢原子光谱等问题的研究,量子力学横空出世,将物理学劈成量子力学和经典物理学。

与经典物理学截然不同的是,量子物理学为人类提供了一个理解微观世界的框架。在量子世界里,所有物质都可以被还原成61种基本粒子。其中最重的基本粒子,质量也不超过3.1×10^-25千克。

并且,量子世界里很多物理量是不连续的,比如质量,电荷,甚至是能量,都有一个最小的单元。这些单元不可分割,任何数值只能取它们的整数倍。这就好比你可以从口袋里掏出5毛或者1分钱,但你永远也掏不出来半分钱。所谓量子,就是指这些不可分割的最小单元。

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然而,尽管量子物理学为人们打开了量子世界的全新大门,但量子现象并不存在于我们的日常生活中,甚至,人们至今也并不清楚,是什么因素促成了量子和经典理论之间的过渡,又是否存在导致这种过渡的基本机制?

基于此,人们曾提出了许多模型,统称为客观坍缩理论。尽管对于微观物理行为与宏观物理行为、以及在这两种尺度之间的波函数坍缩现象,坍缩理论都能够给出解释,但是一直以来,对这些理论的测试在实验上却具有极大的挑战性。

现在,来自伦敦帝国学院和兰卡斯特大学的研究人员则发表了关于在实验室中研究这些客观坍缩理论的新方法。具体来看,研究人员的方法利用了“Displacemon”——一个由连接到超导量子比特的谐振器组成的电子机械装置。并通过操纵量子比特,提出了一种技术来探测标准量子理论的偏差,其方式可以用客观坍缩来解释。

在最初的设计里,“Displacemon”是一个碳纳米管,包含106个核子。为了在更宏观的尺度上探测量子力学,研究人员最终使用了铝机械谐振器,以对量子理论的偏差进行测量。这些实验可以帮助人们在更大范围上探测量子力学。对于此,领导兰卡斯特大学量子电子设备研究小组的爱德华-莱尔德博士表示:“Displacemon不仅是测试基本量子力学的工具,也可能是新传感技术的基础。”




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