​​MIT實驗證明量子效應可讓物體隱形

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【大紀元2021年11月27日訊】(大紀元記者高文森編譯報導)麻省理工學院(MIT)完成的一項新實驗證明,氣體雲被冷卻到足夠低的溫度、壓縮到足夠大的密度時,它們將失去散射光線的能力。此時觀測者就看不到這個物體,從而實現隱形的效果。

任何原子周圍的電子都處於不同的能級。MIT發佈這項研究成果的新聞稿解釋說,這些電子就像劇院裡面的觀眾,每個電子都有一個自己的座位,如果它的周圍都坐滿了人,它就不能移動到別人的位置上去。這也是量子力學裡面泡利不相容原理(Pauli exclusion principle)的基本原則。這個原理維護著元素週期表內各種物質的多樣性,和這個物質世界的穩定性。

在這份新的研究中,麻省理工學院的科學家發現了泡利不相容原理全新的一種理解方式,他們把它叫做「泡利阻斷」(Pauli blocking)現象。研究人員發現,低溫和高壓氣體內的原子也會因為類似的效應而導致它們失去散射光線的能力。

以劇院座位解釋泡利阻斷原理的示意圖。(Courtesy of the researchers/MIT)

類似於劇院座位的情形,座位上的每個觀眾是一個原子。在通常的情況下,大家三三兩兩分散而坐,而光線穿過劇場的時候,只有周圍有空位的原子才有空位能夠散射進來的光子,在不均勻的座位分布下,光子總能找到足夠的空間得到散射,從而進入人眼,也就是人眼才能看到這些物體。

而在低溫高壓的情形下,這些原子全部被歸攏、挨個緊密地坐在一起,任何原子周圍都沒有空位。此時,進來的光子沒有任何可以被散射的空間,從而導致人眼看不到任何從這個物體內散射出來的光線,人眼就看不到這個物體的存在。這個物體也就呈現出隱形的效果。

這份研究利用鋰原子雲進行實驗,發現隨著溫度的降低和壓力的增加,鋰原子雲的亮度不斷減弱。實驗所達到的最低溫度是20微開爾文,氣體加壓到每立方釐米(cm³)有10¹⁵個原子的密度。研究人員用高敏感度相機檢測鋰原子雲的亮度,結果顯示,它的亮度比常溫下降低了38%。

研究稱,這是第一個證明泡利阻斷原理的實驗。這種技術可用於開發抑制光線的材料。不過在量子計算機領域有著更顯著的用處:因為量子信息就是靠光子傳遞,光子被散射就意味著信息的洩漏,所以這項抑制光線散射的技術可用於保護量子信息在傳輸過程中不會丟失。

主要研究者之一麻省理工學院物理學教授沃爾夫岡・凱特勒(Wolfgang Ketterle)說:「在量子計算機領域,光的散射是個障礙,這意味著量子電腦會洩漏信息。」

這份研究11月18日發表於《科學》(Science)期刊。◇

責任編輯:李明

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