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新聞來源:新浪科技 科學(xué)家們找到了一種絕妙的方法，并由此成功地獲得了地球上最低的溫度記錄。制備這種極端低溫環(huán)境是研究物質(zhì)基本性質(zhì)，以及量子力學(xué)原理下一些奇異特性的必備條件。 
可以用光束來囚禁原子，這些光束形成一個(gè)“光學(xué)晶格”，科學(xué)家們現(xiàn)在可以讓它冷卻到驚人的低溫
自然界的溫度：310K 人的體溫；273K水的冰點(diǎn)；217K干冰；184K地球表面出現(xiàn)過的最低氣溫；2.7K 宇宙空間的平均溫度；1K 宇宙中已知的最低溫度值，出現(xiàn)于布莫讓星云（Boomerang Nebula）（上圖）；0.000000001K 一般水平的實(shí)驗(yàn)室可以達(dá)到的低溫條件；0K無法超越的絕對零度 這種新方法需要用到原子構(gòu)成的“光學(xué)晶格”，科學(xué)家們有選擇性地將其中“最熱”的原子剔除。英國《自然》雜志刊載了這項(xiàng)研究的相關(guān)論文，這一研究或許將可以被用來制造未來量子計(jì)算機(jī)的存儲器。 近年來，科學(xué)界不斷刷新低溫新紀(jì)錄，現(xiàn)在最低溫的紀(jì)錄競爭已經(jīng)到了絕對零度以上十億分之一度的數(shù)量級，即所謂的“納度”(nanoKelvin)級別。絕對零度是自然界的最低溫度極限，這一溫度被認(rèn)為不可超越，其數(shù)值為零下273.15攝氏度。 光學(xué)晶格是一種理想的系統(tǒng)，可以幫助科學(xué)家進(jìn)一步逼近這一最低溫度極限。其內(nèi)部交叉光線構(gòu)成強(qiáng)度峰值區(qū)和凹槽區(qū)，有點(diǎn)像是蛋婁結(jié)構(gòu)，而原子則會傾向于留在凹槽區(qū)內(nèi)，這里是能量最低的區(qū)域。當(dāng)原子被加入到這些凹槽區(qū)中后，接下來再添加入其它后續(xù)的原子將變得愈發(fā)困難，這就是所謂的“障礙”效應(yīng)。 但是美國哈佛大學(xué)的研究人員發(fā)明了針對這一效應(yīng)的修正版本，稱為“軌道交換障礙”效應(yīng)。這種方法可以讓這些原子進(jìn)一步冷卻到“皮度”(picoKelvin)級別，即絕對溫度以上一萬億分之一度的數(shù)量級。 科學(xué)家們小心翼翼地調(diào)節(jié)交叉光束的強(qiáng)度。這樣做的技巧是：確保整個(gè)“蛋婁”格架中的原子中間只有那些最活躍的原子接收到激光束能量并隨之變得更加活躍并離開體系。通過調(diào)節(jié)這些光束強(qiáng)度的變化頻率，研究人員們成功地將光學(xué)晶格中那些最活躍，因而也“最熱”的原子清除出了系統(tǒng)，只留下那些“最冷”的原子。這種方法可以帶走系統(tǒng)中的熵，或者用更加通俗的話來說，就是可以幫助降低整個(gè)系統(tǒng)的整體溫度。 在另一篇一并發(fā)表在《自然》雜志上的論文描述，光學(xué)晶格專家，美國測量技術(shù)公司Nist的格里琛·坎普貝爾(Gretchen Campbell)博士指出，這種對于光學(xué)晶格中單個(gè)特定位置實(shí)現(xiàn)操作降溫，甚至以此達(dá)到前所未有低溫的技術(shù)，未來或?qū)⒃谥圃炝孔佑?jì)算機(jī)時(shí)得到應(yīng)用。 量子計(jì)算機(jī)是一種目前還處于初步設(shè)計(jì)中的未來計(jì)算設(shè)備，它將利用量子原理開展計(jì)算過程，可以輕易達(dá)到在現(xiàn)有計(jì)算機(jī)看來幾乎難以想象的高速運(yùn)算。 但是和所有其他計(jì)算機(jī)一樣，量子計(jì)算機(jī)也將需要存儲設(shè)備，而光學(xué)晶格可以用保存存儲于超低溫原子中脆弱的量子信息，這將是一個(gè)不錯(cuò)的選項(xiàng)。 |
