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使物質(zhì)隱形的量子效應(yīng)？可研發(fā)抑光材料以提升量子計算機性能

發(fā)布日期： 2021-11-24 10:43:25 來源：上海市科學(xué)技術(shù)委員會

幾十年前，科學(xué)家預(yù)言存在一種奇異的量子效應(yīng)——泡利阻塞，即如果一團(tuán)氣體變得足夠冷且足夠致密，它就能隱形。美國和新西蘭科學(xué)家在最新一期《科學(xué)》雜志撰文指出，他們利用激光擠壓并冷卻鋰氣體等，使其密度和溫度變化到足以減少光散射量的程度，由此證明了泡利阻塞效應(yīng)，未來有望利用其開發(fā)能抑制光的材料，進(jìn)一步提高量子計算機的性能和效率。

泡利阻塞源自奧地利著名物理學(xué)家沃爾夫?qū)づ堇?925年首次提出的泡利不相容原理。泡利假定，一切處于相同量子態(tài)的費米子（如質(zhì)子、中子和電子）都不能處于同一空間。泡利不相容原理也適用于氣體中的原子。通常情況下，氣體云中的原子有很大的彈跳空間。這意味著，盡管它們可能是受泡利不相容原理約束的費米子，但有足夠多未被占據(jù)的能級供它們躍遷。然而，如果讓氣體冷卻下來，原子會失去能量，占滿所有可用的最低能級，處于不能動彈的狀態(tài)。由于排列過于緊密，這些粒子無法再與光相互作用，光就被“泡利阻塞”了，只能徑直穿過。

在最新研究中，科學(xué)家調(diào)整了激光束中的光子，使鋰氣體云中的原子變慢并變冷，隨后將氣體云的溫度降至略高于絕對零度，再使用另一束激光將這些原子壓縮至約1000萬億個/立方厘米的程度。

為弄清過冷原子的隱形程度，他們使用第三束激光照射原子，并用一個高靈敏攝像頭統(tǒng)計散射光子的數(shù)量。正如理論預(yù)測的那樣：與室溫下的原子相比，被冷卻和壓縮的原子散射的光減少了38%，使其亮度顯著降低。他們表示，如果能讓這團(tuán)氣體的溫度降到更接近絕對零度（零下273.15攝氏度），那么它將變得完全看不見。另外兩個獨立研究小組也冷卻了鉀和鍶氣體，證明了該效應(yīng)。

報告資深作者、麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授沃爾夫?qū)た颂乩照f：“這是科學(xué)家首次清楚地觀察到這種效應(yīng)的存在，未來有望利用其開發(fā)抑制光的材料，這對于提高量子計算機的效率非常重要，因為量子退相干（由光攜帶的量子信息散失至周圍環(huán)境中）會降低量子計算機的性能和效率。”（記者劉霞）