量子效應出現在可見物體上
- 上線日期：2010/4/13 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
根據量子力學的原理，物體可以同時處與兩個以上的狀態，稱之為「疊加」(superposition)態，例如一個電子可以同時處於兩處；不過疊加態目前僅在原子級的物體或巴克球(buckyball,即C60)之類的巨大分子上觀察到，從不曾在古典、巨觀尺度下的物體上出現過。不過，最近美國科學家卻在大到肉眼可見的巨觀物體上，觀察到了量子效應。
長久以來，對於巨觀尺度下的量子效應的觀測，會嚴重受到熱振動的影響，使得原本的量子效應被破壞，為了解決這個問題，科學家必須將物體冷卻到接近其基態能量的溫度，讓物體振動的儘可能減小。物體的基態能量與其共振頻率成正比，物體的振動頻率越高，與基態能量對應的溫度也越高。
加州大學聖芭芭拉分校的Andrew Cleland等人選用的共振器是一個由鋁及氮化鋁製成的薄盤，長約40 μm，含有約1012個原子，尺寸已經大到肉眼可見。實驗成功的關鍵在於鋁的共振頻率較高，該共振器在室溫下的振盪頻率為每秒約60億次。研究團隊透過降溫到約0.1K來減少熱振動的影響，接著將共振器與超導量子位元(qubit)相連，以進行量子態的量測。
此處的qubit就像一個量子溫度計，可以量測出單一量子熱激發(即聲子)，研究人員還能透過此qubit在共振器內激發一個聲子，這激發會在qubit與共振器之間轉移許多次，這樣一來他們便能在共振器裡製造一個「有激發」與「無激發」的疊加態，而當他們進行量測時，共振器必須「選擇」它處於哪個狀態，情況正類似薛丁格的貓(Schrödinger's cat)的問題。
Cleland解釋，qubit讓他們可以在量測共振器的同時保留所有量子效應，而大部份的量測儀器會因加熱而干擾待測物體，以致摧毀了想要找尋的量子效應。這項實驗或許可以揭露量子與古典間的邊界，對於新的量子科技如量子資訊處理也有重大的啟示。詳見近期的Nature | doi:10.1038/nature08967。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/42022
譯者:劉翼綱(彰化師範大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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