最近，由维也纳大学的 Markus Aspelmeyer 和苏黎世联邦理工学院的 Lukas Novotny 领导的研究人员首次将玻璃纳米粒子冷却到量子状态。为了做到这一点，粒子在激光的帮助下被剥夺了动能。剩下的是运动，即所谓的量子波动，它们不再遵循经典物理学的定律，而是遵循量子物理学的定律。实现这一目标的玻璃球比一粒沙子小得多，但仍由数亿个原子组成。与光子和原子的微观世界相反，纳米粒子提供了对宏观物体量子性质的洞察。由因斯布鲁克大学和奥地利科学院量子光学和量子信息研究所的Oriol Romero-Isart的理论物理学家团队现在提出了一种利用纳米粒子的量子特性进行各种应用的方法。研究发表在《物理评论快报》上。

因斯布鲁克团队的 Talitha Weiss 和 Marc Roda-Llordes 解释说：“虽然处于运动基态的原子在大于原子大小的距离上反弹，但处于基态的宏观物体的运动非常非常小。” “纳米粒子的量子波动比原子的直径还小。” 为了利用纳米粒子的量子特性，必须大大扩展粒子的波函数。在因斯布鲁克量子物理学家的方案中，纳米粒子被困在光场中并冷却到基态。通过有节奏地改变这些场，粒子现在成功地在指数更大的距离上短暂地离域。“即使是最小的扰动也可能破坏粒子的相干性，这就是为什么通过改变光势，我们只短暂地拉开粒子的波函数，然后立即再次压缩它。”通过反复改变电位，纳米粒子的量子特性就可以被利用起来。

使用新技术，可以更详细地研究宏观量子特性。事实证明，这种状态对静力非常敏感。因此，该方法可以实现高度灵敏的仪器，可用于非常精确地确定重力等力。使用通过这种方法同时膨胀和压缩的两个粒子，还可以通过弱相互作用将它们纠缠在一起，并探索宏观量子世界的全新领域。

与其他提案一起，新概念构成了去年获得批准的 ERC Synergy Grant 项目 Q-Xtreme 的基础。在这个项目中，Markus Aspelmeyer 和 Oriol Romero-Isart 的研究小组与苏黎世联邦理工学院的 Lukas Novotny 和 Romain Quidant 一起，通过定位一个由数十亿原子同时在两个地方，将量子物理学的最基本原理之一推向了极限。

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