使物質隱形的量子效應?可研發抑光材料以提升量子計算機性能

科技日報北京11月23日電(記者劉霞)幾十 年前,科學家預言存在一種奇異的量子效應——泡利阻塞,即如果一團氣體變得足夠冷且足夠緻密,它就能隱形。美國和紐西蘭科學家在最新一期《科學》雜誌撰文指出,他們利用激光擠壓並冷卻鋰氣體等,使其密度和溫度變化到足以減少光散射量的程度,由此證明了泡利阻塞效應,未來有望利用其開發能抑制光的材料,進一步提高量子計算機的性能和效率。

泡利阻塞源自奧地利著名物理學家Wall夫岡·泡利於1925年首次提出的泡利不相容原理。泡利假定,一切處於相同量子態的費米子(如質子、中子和電子)都不能處於同一空間。泡利不相容原理也適用於氣體中的原子。通常情況下,氣體雲中的原子有很大的彈跳空間。這意味著,儘管它們可能是受泡利不相容原理約束的費米子,但有足夠多未被佔據的能級供它們躍遷。然而,如果讓氣體冷卻下來,原子會失去能量,佔滿所有可用的最低能級,處於不能動彈的狀態。由於排列過於緊密,這些粒子無法再與光相互作用,光就被「泡利阻塞」了,只能徑直穿過。

在最新研究中,科學家調整了激光束中的光子,使鋰氣體雲中的原子變慢並變冷,隨後將氣體雲的溫度降至略高於絕對零度,再使用另一束激光將這些原子壓縮至約1000萬億個/立方厘米的程度。

為弄清過冷原子的隱形程度,他們使用第三束激光照射原子,並用一個高靈敏攝像頭統計散射光子的數量。正如理論預測的那樣:與室溫下的原子相比,被冷卻和壓縮的原子散射的光減少了38%,使其亮度顯著降低。他們表示,如果能讓這團氣體的溫度降到更接近絕對零度(零下273.15攝氏度),那麼它將變得完全看不見。另外兩個獨立研究小組也冷卻了鉀和鍶氣體,證明了該效應。

報告資深作者、麻省理工學院物理學教授Wall夫岡·克特勒說

:「這是科學家首次清楚地觀察到這種效應的存在,未來有望利用其開發抑制光的材料,這對於提高量子計算機的效率非常重要,因為量子退相干(由光攜帶的量子信息散失至周圍環境中)會降低量子計算機的性能和效率。」

(原標題:讓物質隱形的奇異量子效應證實)

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