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两名物理学家凭控制量子粒子获诺奖

浏览:0 发布:2019/04/26 13:58


设计出控制幽灵般量子粒子的精妙实验室方法,法国物理学家塞尔日•阿罗什(Serge Haroche)和美国物理学家戴维•瓦恩兰(David J. Wineland)共同获得今年的诺贝尔物理学奖。他们的成就把一门只有内行才懂得的理论变成了一个可能具有实用价值的工具。

NIST/European Pressphoto Agency
美国物理学家瓦恩兰
能够操纵极小的量子粒子(原子、电子和更小的基本粒子),就为一系列东西奠定了基础,如走时极其精准的时钟、难以破解的密码系统还有运算能力让今日电脑望尘莫及的量子计算机──这是最引人关注的。

牛津大学(University of Oxford)、新加坡量子技术中心(Center for Quantum Technologies)的理论物理学家埃克特(Artur Ekert)说,在各自的研究中,阿罗什和瓦恩兰都展示出对光子和原子“令人惊叹的控制”,并让它们“按要求交互”。埃克特与周二获奖的两位物理学家都相识。

出生于1944年的阿罗什是法兰西学院(College de France)和巴黎高等师范学校(Ecole Normale Superieure in Paris)的教授。同样出生于1944年的瓦恩兰任职于美国商务部国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology)和科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado in Boulder)。

量子粒子扑朔迷离,很难隔离和控制,其行为通常只能用统计概率来描述,而无法用简单的因果关系来确定。

CNRS / Getty Images
法国物理学家阿罗什
相隔数公里之遥的量子粒子能够在没有任何直接接触的情况下影响彼此的行为。同一个量子粒子还有可能同时以多种能量状态存在。这种现象叫“叠加”,有点像一个物体同时在两个地方存在。

令人抓狂的是──至少对于科学家而言是如此──量子粒子极难与周围环境隔离。粒子一旦同外界环境发生交互,它就失去了量子属性。

于是不难解释,在这个充满怪异行为的不稳定世界,为什么分离、操纵量子粒子很久以来一直是科学界面临的一个重大挑战。

阿罗什找到一种用镜子控制光子(光的量子粒子)的办法。在他的巴黎实验室,光子在两面超冷、超导的镜子中间来回碰撞了1/10秒的时间。牛津大学量子物理学家本杰明(Simon Benjamin)说,如果考虑到光的速度是每秒30万公里的话,这段时间可谓长得不可思议。

阿罗什然后朝着一粒碰撞中的光子发射了一粒原子。两个粒子发生交互作用的时候,光子的存在就被揭示出来。通过一些精密调整,多个神出鬼没的光子得以被分离、控制。

至关重要的是,光子没有被原子吸收,所以它们没有毁灭。只要没有毁灭,它们就可以被操纵。

瓦恩兰采用了另一种方法。在博尔德的实验室,他用电场围堵离子(带电的原子),将其捕捉。这个实验是在温度极低的真空中完成的。在一台激光机的帮助下,离子进入叠加态(即同一时间存在两个或多个能量状态),从而可以被测量和操纵。因
设计出控制幽灵般量子粒子的精妙实验室方法,法国物理学家塞尔日•阿罗什(Serge Haroche)和美国物理学家戴维•瓦恩兰(David J. Wineland)共同获得今年的诺贝尔物理学奖。他们的成就把一门只有内行才懂得的理论变成了一个可能具有实用价值的工具。

NIST/European Pressphoto Agency
美国物理学家瓦恩兰
能够操纵极小的量子粒子(原子、电子和更小的基本粒子),就为一系列东西奠定了基础,如走时极其精准的时钟、难以破解的密码系统还有运算能力让今日电脑望尘莫及的量子计算机──这是最引人关注的。

牛津大学(University of Oxford)、新加坡量子技术中心(Center for Quantum Technologies)的理论物理学家埃克特(Artur Ekert)说,在各自的研究中,阿罗什和瓦恩兰都展示出对光子和原子“令人惊叹的控制”,并让它们“按要求交互”。埃克特与周二获奖的两位物理学家都相识。

出生于1944年的阿罗什是法兰西学院(College de France)和巴黎高等师范学校(Ecole Normale Superieure in Paris)的教授。同样出生于1944年的瓦恩兰任职于美国商务部国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology)和科罗拉多大学博尔德分校(University of Colorado in Boulder)。

量子粒子扑朔迷离,很难隔离和控制,其行为通常只能用统计概率来描述,而无法用简单的因果关系来确定。

CNRS / Getty Images
法国物理学家阿罗什
相隔数公里之遥的量子粒子能够在没有任何直接接触的情况下影响彼此的行为。同一个量子粒子还有可能同时以多种能量状态存在。这种现象叫“叠加”,有点像一个物体同时在两个地方存在。

令人抓狂的是──至少对于科学家而言是如此──量子粒子极难与周围环境隔离。粒子一旦同外界环境发生交互,它就失去了量子属性。

于是不难解释,在这个充满怪异行为的不稳定世界,为什么分离、操纵量子粒子很久以来一直是科学界面临的一个重大挑战。

阿罗什找到一种用镜子控制光子(光的量子粒子)的办法。在他的巴黎实验室,光子在两面超冷、超导的镜子中间来回碰撞了1/10秒的时间。牛津大学量子物理学家本杰明(Simon Benjamin)说,如果考虑到光的速度是每秒30万公里的话,这段时间可谓长得不可思议。

阿罗什然后朝着一粒碰撞中的光子发射了一粒原子。两个粒子发生交互作用的时候,光子的存在就被揭示出来。通过一些精密调整,多个神出鬼没的光子得以被分离、控制。

至关重要的是,光子没有被原子吸收,所以它们没有毁灭。只要没有毁灭,它们就可以被操纵。

瓦恩兰采用了另一种方法。在博尔德的实验室,他用电场围堵离子(带电的原子),将其捕捉。这个实验是在温度极低的真空中完成的。在一台激光机的帮助下,离子进入叠加态(即同一时间存在两个或多个能量状态),从而可以被测量和操纵。

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