發布時間:2025-10-26閱讀(3)
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如果你的計算機處理器只能在低于-200°C的環境下工作,那該怎么辦?幾乎所有的量子計算機都是這樣,因為熱往往會使量子位產生錯誤。然而,最近的研究表明,液態光有望讓量子計算機在室溫下工作。 除了已知的光的波和粒子性質之外,還挖掘出新的性質。光在室溫下以液態形式存在,可能會成為一項突破性的發現,甚至改變未來技術的設想方式。
液態光和超流體的起源液態光可以被歸類為超流體,這是由于粒子能夠在一種被稱為玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)的狀態下凝聚而產生的。超流體玻色-愛因斯坦凝聚遵循量子物理的規則,而不是經典物理。它們可以攜帶和傳導電能,但通常只存在不到一秒的時間,而且溫度接近絕對零度。然而,2017年發表在《自然物理學》雜志上的一篇文章表明,這并不總是必要的。 在20世紀20年代早期,印度科學家玻色給愛因斯坦寄了一篇論文,在這篇論文中,他通過把光子當作相同粒子的氣體來處理,推導出了黑體輻射的普朗克定律。
愛因斯坦將玻色理論推廣到具有相同原子或分子的理想氣體,其粒子數守恒。他還預測,在足夠低的溫度下,粒子會鎖定在系統的最低量子態。這就是我們現在所說的玻色-愛因斯坦凝聚現象。玻色和愛因斯坦還共同開發了玻色-愛因斯坦統計,這是一種評估包含整數自旋相同粒子的量子系統可能狀態的方法。 在接下來的幾年里,許多理論和實驗都試圖在實驗室里產生玻色-愛因斯坦凝聚體。然而,直到1995年6月5日,科學家埃里克·康奈爾和卡爾·維曼才在科羅拉多大學實驗室天體物理聯合研究所的實驗室里,通過將2000個銣原子的云冷卻到接近絕對零度,制造了第一個凝聚態。(www.Ws46.com) 僅僅幾個月后,由麻省理工學院物理學教授沃爾夫岡·凱特勒領導的一個小組就產生了更大的鈉原子凝聚物。康奈爾、維曼和凱特勒的這些早期實驗進一步鼓勵了其他玻色-愛因斯坦凝聚體的發展,由于這一杰出貢獻,他們三人都獲得了2001年的諾貝爾物理學獎。 液態光如何在室溫下存在之前的研究已經證實了光作為超流體存在的可能性,但之前的所有實驗都需要利用接近絕對零度的超低溫度,將光子緊密結合在一起,使它們表現出分子的行為,并變成超流體。2017年,一組研究人員合作進行了一項實驗,證明了光在室溫下可以達到超流體狀態。 在2017年的實驗中,一塊由有機分子制成的超薄薄膜被夾在兩個高度反射的鏡子之間,這個裝置進一步受到35飛秒的激光攻擊。這種強烈的光物質相互作用導致了超流體的形成。 在半導體中,光子與電子-空穴對(激子)相互作用。這些激子施加一個偶極矩,這個偶極矩與電磁場的偶極相結合,并使激子與光子強烈耦合。最終的結果是偏振子,由半光和半物質組成,即使在室溫下也表現為玻色-愛因斯坦凝聚態或超流體,這就是液態光。 |
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