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新型量子电路可检测最微弱无线电信号
2019-03-18

【据phys.org网站201938日报道】荷兰代尔夫特理工大学(TUD)的研究人员发明了一种量子电路,可以通过量子力学收听到最弱无线电信号。这种新型量子电路将来或可应用于射电天文学和医学(磁共振成像)等领域,还使研究人员们能通过实验进一步揭示量子力学与引力之间的相互作用。研究结果已发表在《科学》杂志上。

对于微弱的无线电信号的检测,通常的解决方案是找到一个更强的信号,例如,换到另一个电台或移动到房间的另一边。无线电信号弱,不仅阻碍人们寻找最喜爱的无线电台,也为医院中的磁共振成像(MRI)扫描仪,以及科学家们探索太空采用的望远镜带来了挑战。在射频探测领域的一次重大突破中,荷兰代尔夫特理工大学(TUD)的加里•斯蒂尔教授(Gary Steele)团队的研究人员展示了如何探测到光子或能量量子,即通过量子力学所能感知到的最弱信号。

量子力学中有一个奇怪的预言,是说能量以被称为“量子”的小块的形式存在。这是什么意思?在经典物理学中,如果需要一个物体的运动速度变快,可以通过施加连续外力实现。但是在量子力学中却是另外一番解释:施加的力不是连续的,而是一个一个的,施加这个量子台阶一半的能量是不可能的,只能是整数倍。

这些一份一份的“量子台阶”很细微,无法被注意到。无线电波也是如此。代尔夫特理工大学的研究团队开发了一种电路,它可以在射频信号中检测到这些量子能量,为在量子层面上探测无线电波开辟了可能性。

除了在量子传感方面的应用,代尔夫特理工大学的研究小组还想要将量子力学拓展到更高层级:质量。尽管量子电磁学理论是在近100年前发展起来的,但物理学家们至今仍然对如何将重力融入到量子力学感到困惑。

“使用我们的量子无线电,我们想尝试着去聆听和控制重物的量子振动,并通过实验探索把量子力学和重力融合在一起会发生什么。”盖伊说,“这些实验很难,但如果成功,我们就能够测试是否可以对时空本身进行量子叠加。这一新概念,将会测试我们对量子力学和广义相对论的理解。”(中国电科发展战略研究中心 焦丛)

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