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    新型量子電路可檢測最微弱無線電信號

    【據phys.org網站2019年3月8日報道】荷蘭代爾夫特理工大學(TUD)的研究人員發明了一種量子電路,可以通過量子力學收聽到最弱無線電信號。這種新型量子電路將來或可應用于射電天文學和醫學(磁共振成像)等領域,還使研究人員們能通過實驗進一步揭示量子力學與引力之間的相互作用。研究結果已發表在《科學》雜志上。

    對于微弱的無線電信號的檢測,通常的解決方案是找到一個更強的信號,例如,換到另一個電臺或移動到房間的另一邊。無線電信號弱,不僅阻礙人們尋找最喜愛的無線電臺,也為醫院中的磁共振成像(MRI)掃描儀,以及科學家們探索太空采用的望遠鏡帶來了挑戰。在射頻探測領域的一次重大突破中,荷蘭代爾夫特理工大學(TUD)的加里•斯蒂爾教授(Gary Steele)團隊的研究人員展示了如何探測到光子或能量量子,即通過量子力學所能感知到的最弱信號。

    量子力學中有一個奇怪的預言,是說能量以被稱為“量子”的小塊的形式存在。這是什么意思?在經典物理學中,如果需要一個物體的運動速度變快,可以通過施加連續外力實現。但是在量子力學中卻是另外一番解釋:施加的力不是連續的,而是一個一個的,施加這個量子臺階一半的能量是不可能的,只能是整數倍。

    這些一份一份的“量子臺階”很細微,無法被注意到。無線電波也是如此。代爾夫特理工大學的研究團隊開發了一種電路,它可以在射頻信號中檢測到這些量子能量,為在量子層面上探測無線電波開辟了可能性。

    除了在量子傳感方面的應用,代爾夫特理工大學的研究小組還想要將量子力學拓展到更高層級:質量。盡管量子電磁學理論是在近100年前發展起來的,但物理學家們至今仍然對如何將重力融入到量子力學感到困惑。

    “使用我們的量子無線電,我們想嘗試著去聆聽和控制重物的量子振動,并通過實驗探索把量子力學和重力融合在一起會發生什么。”蓋伊說,“這些實驗很難,但如果成功,我們就能夠測試是否可以對時空本身進行量子疊加。這一新概念,將會測試我們對量子力學和廣義相對論的理解。”(中國電科發展戰略研究中心 焦叢)

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