應用到大型物體運動的量子力學理論

Physicists Show Theory of Quantum Mechanics Applies to the Motion of Large Objects
http://www.physorg.com/news188074320.html

March 17, 2010 Enlarge

(PhysOrg.com) -- UCSB 的研究者提供第一個明確證明，那將量子力學理論應用到一個大到足為肉眼所見之物體的機械運動上。他們的研究達到物理學家間一個存在已久的目標。

在一篇發表於 3/17 當期 Nature 線上版的論文中，Aaron O'Connell，物理學博士生以及 John Martinis 與 Andrew Cleland 這二位物理學教授，描述機械共振器的第一個證明。這個共振器已被冷卻到量子基態，量子力學所允許的最低程度振動。在這個機械共振器儘可能接近完美靜止的情況下，他們利用一個量子位元（qubit）將單個量子的能量添加到共振器中，藉此產生振動。此共振器的反應與量子力學理論的預測一樣精確。

"那是量子論一項重要的驗證，在奈米機械研究上亦是重要的一步，" Cleland。

研究者透過設計及建構一個微波頻率的機械共振器，藉此達到基態，其運作類似 -- 但頻率比它高 -- 可在許多手機中發現的機械共振器。他們把共振器接上一個為了量子運算而開發的電子裝置，一個超導 qubit，並將這個合而為一的裝置冷卻到接近絕對零度的溫度。把這個 qubit 當成一種量子溫度計使用，研究者證明此機械共振器並沒有額外的振動。換言之，它已被冷卻到它的量子基態。

研究者證明，一旦被冷卻，此機械共振器將遵循量子力學的定律。他們能創造出單光子，量子的機械振動，那是振動能（vibrational energy）的最小單位，並當此量子能量在機械共振器與 qubit 間交換時觀察它們。在交換這種能量時，qubit 與共振器呈現出『量子糾結（quantum entangled）』的樣子，例如在測量 qubit 時，會迫使此機械共振器『選擇』它該維持在何種振動狀態下。

在一個相關實驗中，他們使量子共振器處於量子疊加（quantum superposition）態，在此等狀態中那同時具有零與一的量子激發（quantum of excitation）。這就好像是一物體同時存在於二個地方。研究者證明，此共振器的表現再度如同量子理論的預測。

※ 相關報導：

＊ Quantum ground state and single-phonon control of a mechanical resonator
http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7289/full/nature08967.html

A. D. O’Connell, M. Hofheinz, M. Ansmann,
Radoslaw C. Bialczak, M. Lenander, Erik Lucero, M. Neeley,
D. Sank, H. Wang, M. Weides, J. Wenner, John M. Martinis &
A. N. Cleland
Nature 464, 697-703 (1 April 2010)
doi: 10.1038/nature08967

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