首台量子气体显微镜可对单个锶原子成像
在一项最新研究中,西班牙巴塞罗那科学技术学院(ICFO)科学家建造了全球首台能对锶量子气体内单个原子成像的显微镜,并以希腊神话中雪神的名字命名为"喀俄涅"(QUIONE)。这台量子气体显微镜有望用于模拟更复杂材料,揭示新的物质状态,也可用于量子模拟,解释当前计算机无法回答的问题。相关论文发表于最新一期《物理学评论X辑·量子》上。
量子物理学需要借助高精度传感技术来深入研究材料的微观特性。量子气体显微镜能检测单个原子,生成分辨率非常高的量子气体图像,是从原子水平理解量子系统的强大工具。
量子气体显微镜装置目前主要依赖锂和钾等碱性原子,但与锶等碱性原子相比,锂和钾的光谱性质更简单,这意味着锶能提供更多信息。此外,锶的独特性质也使其在量子计算和量子模拟领域备受关注。例如,锶原子云可用作原子量子处理器,解决当前经典计算机无法处理的问题。
鉴于锶量子模拟的巨大潜力,ICFO科学家着手构建量子气体显微镜。为此,他们首先利用激光降低锶气体温度。在短短几毫秒内,使其温度降至几乎绝对零度。在此条件下,原子行为受量子力学定律支配,表现出量子叠加和纠缠等新特征。随后,他们利用特殊激光激活了光学晶格,使原子沿空间排列成网格。最后,研究人员用显微镜拍摄图像,最终可逐个原子地观察锶量子气体,"喀俄涅"构建完成。
他们使用该显微镜确认锶气体是一种超流体,即一种没有黏性的量子物质相。
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