图片来源:Anusorn Nakdee/Shutterstock.com
冲绳科学技术研究生院(OIST)、都柏林大学学院、欧洲杯线上买球都柏林三一学院开发了一种方法，利用单个原子来测量接近绝对零度的量子系统的温度。
该团队使用的技术在很大程度上依赖于叠加量子现象，利用单个原子作为温度计，灵敏地测量超冷气体的温度。他们的研究结果发表在杂志上的一篇论文中物理评论快报。
虽然我们通常认为测量温度并不是一件太有挑战性的事情，但当要研究的温度接近绝对零度(-273.15⁰C)时，简单的测量任务就会变得异常困难。自20世纪初量子物理学诞生以来，精确测量如此低的温度就一直是量子物理学的一项基本任务th世纪。但是，要测量这样的系统，你必须先创建一个。
这种低温系统的创造和控制不仅仅是一个有趣的实验和为知识而收集知识的练习。有一些重要的实际应用源于将系统降到接近绝对零度，特别是在量子计算领域，但不限于此。
绝对零度，没有东西移动
即使你站着不动，你也不是静止的。忽略你身体周围的血液和其他生物现象，你的原子正以难以置信的速度振动。绝对零度是所有原子运动停止的点。这意味着这是可能达到的最低温度——为所有原子活动画上句号。
这意味着对温度的测量仅仅是对系统中原子运动速度的测量。但是，当您考虑在室温下，在一个尺寸为8 x 10 x 3米的空房间中，大约有6 x 10²⁷局分子以300-400米/秒的速度四处飞舞。当我们测量一个房间的温度时，我们使用温度计而不是试图测量所有这些分子的速度。
然而，对于由更少原子组成的量子系统，理论上可以测量每个原子的速度。但是，这并不意味着这样的测量将是一个简单的任务。第一个挑战是找到一个尺寸合适、温度合适的“温度计”来测量量子系统。
找到一个合适的“适居温度计”是至关重要的，因为量子系统，比如该团队旨在测量的那些，是极其寒冷的——一个在宇宙中其他地方都找不到的温度——而且非常小，由不超过10万个原子组成。这意味着，如果温度计太热或太大，它会干扰被测量的系统，在这种情况下，加热过冷的气体，破坏其量子特性。
这意味着研究人员的合作需要找到一种微小的、可以保持极冷状态的物质——决定单个超冷原子将是这项任务的理想选择。
了解更多:温度测量设备2020欧洲杯下注官网
单原子温度计
当它被引入量子系统——一种过冷的气体——量子温度计最初存在于两个不同的能量态的叠加中。但是，当原子与系统相互作用时，这种叠加的量子特性——量子物体特有的特性——开始衰减。
气体原子运动得越快，量子温度计原子被迫与它们相互作用的次数就越多。这意味着原子运动得越快，温度计的量子行为衰减得就越快。这就是为什么单个原子可以让研究人员测量正在探测的量子系统，让他们推断温度。
该团队能够确定测量的最佳时间，并发现要在最低温度下测量温度，他们需要等待更长的时间来收集“读数”。“他们还发现了原子温度计和气体之间相互作用的强度，这需要获得最佳的灵敏度和最少的噪音。”
这对量子计算机的功能至关重要，因为量子计算机需要极低的温度来降低噪音并以最高效率运行。
研究人员表示，他们研究的下一步是探索提高灵敏度的方法，以及寻找将更多量子温度计引入单个量子系统的方法，从而允许更复杂的相互作用发生。
这种突破温度测量边界的方法应该很快就能用于实验，为量子技术提供重要的推动。
参考资料及进一步阅读
Mitchison。m·T。福格蒂。Guarnieri T。等，[2020]冷费米气体的原位测温技术。物理评论快报。https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.125.080402
免责声明:本文仅代表作者以个人身份发表的观点，并不代表本网站所有者和运营商阿泽网络有限公司的观点。本免责声明构成条款和条件本网站之使用。