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研究發(fā)現(xiàn)：泡利阻塞效應(yīng)可提高量子計(jì)算機(jī)的性能和效率

發(fā)布日期： 2021-11-24 11:06:21 來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

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(guó)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(lái)有望利用其開(kāi)發(fā)能抑制光的材料，進(jìn)一步提高量子計(jì)算機(jī)的性能和效率。

泡利阻塞源自?shī)W地利著名物理學(xué)家沃爾夫?qū)?middot;泡利于1925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(fèi)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(fèi)米子，但有足夠多未被占據(jù)的能級(jí)供它們躍遷。然而，如果讓氣體冷卻下來(lái)，原子會(huì)失去能量，占滿(mǎn)所有可用的最低能級(jí)，處于不能動(dòng)彈的狀態(tài)。由于排列過(guò)于緊密，這些粒子無(wú)法再與光相互作用，光就被“泡利阻塞”了，只能徑直穿過(guò)。

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(duì)零度，再使用另一束激光將這些原子壓縮至約1000萬(wàn)億個(gè)/立方厘米的程度。

為弄清過(guò)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(gè)高靈敏攝像頭統(tǒng)計(jì)散射光子的數(shù)量。正如理論預(yù)測(cè)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(duì)零度(零下273.15攝氏度)，那么它將變得完全看不見(jiàn)。另外兩個(gè)獨(dú)立研究小組也冷卻了鉀和鍶氣體，證明了該效應(yīng)。

報(bào)告資深作者、麻省理工學(xué)院物理學(xué)教授沃爾夫?qū)?middot;克特勒說(shuō)：“這是科學(xué)家首次清楚地觀(guān)察到這種效應(yīng)的存在，未來(lái)有望利用其開(kāi)發(fā)抑制光的材料，這對(duì)于提高量子計(jì)算機(jī)的效率非常重要，因?yàn)榱孔油讼喔?由光攜帶的量子信息散失至周?chē)h(huán)境中)會(huì)降低量子計(jì)算機(jī)的性能和效率。”(科技日?qǐng)?bào)記者劉霞)