全球首臺能對鍶量子氣體內(nèi)單個原子成像的顯微鏡

在一項最新研究中，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）。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)前計算機無法回答的問題。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《物理學(xué)評論X輯·量子》上。

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中間有鍶氣體云的玻璃槽圖片

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)的強大工具。

量子氣體顯微鏡裝置目前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，鍶的獨特性質(zhì)也使其在量子計算和量子模擬領(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)典計算機無法處理的問題。

鑒于鍶量子模擬的巨大潛力，ICFO科學(xué)家著手構(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。