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“QUIONE”誕生——可對單個(gè)鍶原子成像的首臺量子氣體顯微鏡
2024年04月25日 09:51:16
來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：11013
在一項(xiàng)最新研究中,，西班牙巴塞羅那科學(xué)技術(shù)學(xué)院（ICFO）科學(xué)家建造了全球首臺能對鍶量子氣體內(nèi)單個(gè)原子成像的顯微鏡，并以希臘神話中雪神的名字命名為“喀俄涅”（QUIONE）,。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】量子氣體顯微鏡是一種利用超冷原子的技術(shù),，可以實(shí)現(xiàn)對單個(gè)原子的操作和成像。超冷原子是指被冷卻到接近絕對零度的原子,，這時(shí)候原子的運(yùn)動(dòng)會(huì)變得很慢,，而且會(huì)表現(xiàn)出一些奇妙的量子效應(yīng)，比如玻色-愛因斯坦凝聚和費(fèi)米子超流,。
量子物理學(xué)需要借助高精度傳感技術(shù)來深入研究材料的微觀特性,。量子氣體顯微鏡能檢測單個(gè)原子，生成分辨率非常高的量子氣體圖像,，是從原子水平理解量子系統(tǒng)的強(qiáng)大工具,。
量子氣體顯微鏡的核心部分是一個(gè)高分辨率的顯微鏡物鏡，它可以收集原子發(fā)出的熒光信號,，并將其放大成像到一個(gè)探測器上,。這樣,，我們就可以觀察到單個(gè)原子在光晶格中的位置和狀態(tài)，甚至可以對它們進(jìn)行單點(diǎn)操作,，比如激發(fā),、移動(dòng)、交換等,。量子氣體顯微鏡的出現(xiàn),，使得我們可以用超冷原子來模擬一些復(fù)雜的量子系統(tǒng)，比如量子多體系統(tǒng),、量子相變,、量子計(jì)算等，這對于理解量子物理的本質(zhì)和發(fā)展量子技術(shù)都是非常有幫助的,。
目前,，量子氣體顯微鏡裝置主要依賴鋰和鉀等堿性原子，但與鍶等堿性原子相比,，鋰和鉀的光譜性質(zhì)更簡單,，這意味著鍶能提供更多信息。此外,，鍶的獨(dú)特性質(zhì)也使其在量子計(jì)算和量子模擬領(lǐng)域備受關(guān)注,。例如，鍶原子云可用作原子量子處理器,，解決當(dāng)前經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法處理的問題,。
在一項(xiàng)最新研究中,，西班牙巴塞羅那科學(xué)技術(shù)學(xué)院(ICFO)科學(xué)家建造了全球首臺能對鍶量子氣體內(nèi)單個(gè)原子成像的顯微鏡,，并以希臘神話中雪神的名字命名為“喀俄涅”(QUIONE)。
研究團(tuán)隊(duì)鑒于鍶量子模擬的巨大潛力,，著手構(gòu)建量子氣體顯微鏡,。為此，他們首先利用激光降低鍶氣體溫度,。在短短幾毫秒內(nèi)，使其溫度降至幾乎絕對零度,。在此條件下,，原子行為受量子力學(xué)定律支配，表現(xiàn)出量子疊加和糾纏等新特征,。隨后,，他們利用特殊激光激活了光學(xué)晶格，使原子沿空間排列成網(wǎng)格,。最后,，研究人員用顯微鏡拍攝圖像,，最終可逐個(gè)原子地觀察鍶量子氣體，“喀俄涅”構(gòu)建完成,。
他們使用該顯微鏡確認(rèn)鍶氣體是一種超流體,，即一種沒有黏性的量子物質(zhì)相。這臺量子氣體顯微鏡有望用于模擬更復(fù)雜材料,，揭示新的物質(zhì)狀態(tài),，也可用于量子模擬，解釋當(dāng)前計(jì)算機(jī)無法回答的問題,。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《物理學(xué)評論X輯·量子》上,。
(資料來源：科技日報(bào))
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