​​MIT实验证明量子效应可让物体隐形

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【大纪元2021年11月27日讯】(大纪元记者高文森编译报导)麻省理工学院(MIT)完成的一项新实验证明,气体云被冷却到足够低的温度、压缩到足够大的密度时,它们将失去散射光线的能力。此时观测者就看不到这个物体,从而实现隐形的效果。

任何原子周围的电子都处于不同的能级。MIT发布这项研究成果的新闻稿解释说,这些电子就像剧院里面的观众,每个电子都有一个自己的座位,如果它的周围都坐满了人,它就不能移动到别人的位置上去。这也是量子力学里面泡利不相容原理(Pauli exclusion principle)的基本原则。这个原理维护着元素周期表内各种物质的多样性,和这个物质世界的稳定性。

在这份新的研究中,麻省理工学院的科学家发现了泡利不相容原理全新的一种理解方式,他们把它叫做“泡利阻断”(Pauli blocking)现象。研究人员发现,低温和高压气体内的原子也会因为类似的效应而导致它们失去散射光线的能力。

以剧院座位解释泡利阻断原理的示意图。(Courtesy of the researchers/MIT)

类似于剧院座位的情形,座位上的每个观众是一个原子。在通常的情况下,大家三三两两分散而坐,而光线穿过剧场的时候,只有周围有空位的原子才有空位能够散射进来的光子,在不均匀的座位分布下,光子总能找到足够的空间得到散射,从而进入人眼,也就是人眼才能看到这些物体。

而在低温高压的情形下,这些原子全部被归拢、挨个紧密地坐在一起,任何原子周围都没有空位。此时,进来的光子没有任何可以被散射的空间,从而导致人眼看不到任何从这个物体内散射出来的光线,人眼就看不到这个物体的存在。这个物体也就呈现出隐形的效果。

这份研究利用锂原子云进行实验,发现随着温度的降低和压力的增加,锂原子云的亮度不断减弱。实验所达到的最低温度是20微开尔文,气体加压到每立方釐米(cm³)有10¹⁵个原子的密度。研究人员用高敏感度相机检测锂原子云的亮度,结果显示,它的亮度比常温下降低了38%。

研究称,这是第一个证明泡利阻断原理的实验。这种技术可用于开发抑制光线的材料。不过在量子计算机领域有着更显着的用处:因为量子信息就是靠光子传递,光子被散射就意味着信息的泄漏,所以这项抑制光线散射的技术可用于保护量子信息在传输过程中不会丢失。

主要研究者之一麻省理工学院物理学教授沃尔夫冈・凯特勒(Wolfgang Ketterle)说:“在量子计算机领域,光的散射是个障碍,这意味着量子电脑会泄漏信息。”

这份研究11月18日发表于《科学》(Science)期刊。◇

责任编辑:李明

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