1. 2015年物理学界的最新成果
微子振荡现象,该发现表明中微子拥有质量。
2. 近年来(15 16 17年)物理学上的最大发现 成就等。最好有详细介绍 🙏
2015年2月26日,国际顶级科学期刊《自然》(Nature)以封面标题的形式发表了潘建伟、陆朝阳等人的文章《单个光子的多个自由度的量子隐形传态》(Quantum teleportation of multiple degrees of freedom of a single photon)。
简而言之,这项工作的新成果在于“多个自由度”,因为以前已经实现了单个自由度的量子隐形传态。
什么是量子?一个量如果存在最小的不可分割的基本单位,就像上台阶一样,只能上一个一个的台阶而不能上半个台阶,我们就说这个量是量子化的,把这个最小单位称为量子。我们日常所见的宏观世界似乎一切都是无限可分的,微观世界里却有很多物理量是量子化的,例如原子中电子的能量。所以准确描述微观世界的理论必然是量子化的,这种理论就是量子力学。宏观物质是由微观粒子组成的,所以对宏观世界的准确描述也必须是量子力学。中学里学的牛顿力学只是对宏观世界的近似描述,在作为量子力学对立面的意义上被称为经典力学。
什么是量子隐形传态?这是一种在1993年提出的方案,把粒子A的未知的量子态传输给远处的另一个粒子B,让B粒子的状态变成A粒子最初的状态。注意传的是状态而不是粒子,A、B的空间位置都没有变化,并不是把A粒子传到远处。当B获得这个状态时,A的状态必然改变,任何时刻都只能有一个粒子处于目标状态,所以并不能复制状态,或者说这是一种破坏性的复制。在宏观世界复制一本书或一个电脑文件是很容易的,在量子力学中却不能复制一个粒子的未知状态,这是量子与经典的一个本质区别。很多人听说量子力学中状态的变化是瞬时的,无论两个粒子相距多远,于是认为隐形传态的速度可以超过光速,推翻相对论。错了。隐形传态的方案中有一步是把一个重要的信息(可以理解为一个密钥)从A处传到B处,利用这个信息才能把B粒子的状态变成目标状态。这个信息需要用经典信道(例如打电话、发邮件)传送,速度不能超过光速,所以整个隐形传态的速度也不能超过光速。很多人把隐形传态当成科幻电影中的传送术,瞬间把人传到任意远处,然后还担心复制人和本尊的伦理问题,其实这些理解都是错误的。量子隐形传态是以不高于光速的速度、破坏性地把一个粒子的未知状态传输给另一个粒子。打个比方,用颜色表示状态,A粒子最初是红色的,通过隐形传态,我们可以让远处的B粒子变成红色,而A粒子同时变成了绿色。但是我们完全不需要知道A最初是什么颜色,无论A是什么颜色,这套方法都可以保证B变成A最初的颜色,同时A的颜色改变。
量子隐形传态是在什么时候实现的?是1997年,当时潘建伟在奥地利维也纳大学的塞林格(Zeilinger)教授组里读博士,他们在《自然》上发表了一篇题为《实验量子隐形传态》(“Experimental quantum teleportation”)的文章,潘建伟是第二作者。这篇文章后来入选了《自然》杂志的“百年物理学21篇经典论文”,跟它并列的论文包括伦琴发现X射线、爱因斯坦建立相对论、沃森和克里克发现DNA双螺旋结构等等。
什么是自由度?自由度就是描述一个体系所需的变量的数目。例如一个静止在一条线上的粒子,描述它只需要一个数,自由度就是1。静止在一个面上的粒子,自由度就是2。三维空间中的静止粒子,自由度就是3。描述三维空间中一个运动的粒子,需要知道位置的3个分量和动量的3个分量,自由度是6。光子具有自旋角动量和轨道角动量,如果你看不懂这两个词,没关系,只要明白它们是两个自由度就够了。在1997年的实验中,传的只是自旋。此后各种体系的各种自由度都被传输过,但每次实验都只能传输一个自由度。
传输一个自由度固然很厉害,但是只具有演示价值。隐形传态要实用,就必须传输多个自由度。这在理论上是完全可以实现的。打个比方,现在用颜色和形状来表示状态,A粒子最初是红色的正方体,我们可以让B粒子变成红色的正方体,同时A变成绿色的球体。这个扩展看似显而易见,但跟传输一个自由度相比,有极大的困难。隐形传态实验一般需要一个传输的“量子通道”,这个通道是由多个粒子组成的,这些粒子纠缠在一起,使得一个粒子状态的改变立刻就会造成其他粒子状态的改变。用物理学术语说,这些粒子处于“纠缠态”。制备多粒子的纠缠态已经是一个很困难的任务了,而要传输多个自由度,就需要制备多粒子的多个自由度的“超纠缠态”,更加令人望而生畏。潘建伟研究组就是攻破了这个难关,搭建了6光子的自旋-轨道角动量纠缠实验平台,才实现了自旋和轨道角动量的同时传输。
用《道德经》的话说:“道生一,一生二,二生三,三生万物。”1997年实现了道生一,那时潘建伟还是博士生。2015年实现了一生二,这时他已经是量子信息的国际领导者。从传输一个自由度到传输两个自由度,走了18年之久,这中间有无数的奇思妙想、艰苦奋斗,是人类智慧与精神的伟大赞歌。
下面我们来看其余九大突破。再次强调,排名不分先后,九名并列亚军。每一项工作都是科学家们的卓越成就,值得我们热烈鼓掌。基本内容是我对上引欧洲物理学会新闻的翻译,有些地方加上我的注释。
首次测量到单电子的同步辐射。奖给8号项目(Project 8)协作组(注释:8号项目的两位发言人来自美国的麻省理工大学和加州大学圣塔芭芭拉分校),他们测量到氪-83的β衰变中发射出的单个电子的同步辐射。辐射是在电子通过磁场时发出的,使得团队可以对粒子被发射时的能量作出非常精确的测量。8号项目正在努力提高测量精度,以用于计算物理学中最难以捉摸的量之一——电子型反中微子的质量,这些电子型反中微子也是在β衰变中发射出的。注释:根据相对论,能量等于质量乘以光速的平方。因此如果精确地知道一个核反应前后那些能观测到的粒子的能量,两者相减就得到那些观测不到的粒子(在这里是电子型反中微子)带走的能量,也就知道了这些粒子的质量。因为中微子的质量非常微小,接近于零,所以这个实验需要极高的精度,才能得出有意义的结果。
终于发现了外尔费米子。奖给普林斯顿大学的Zahid Hasan、麻省理工大学的Marin Soljačić以及中国科学院(注释:物理研究所)的方忠与翁红明,为他们关于外尔费米子的先驱性工作。这些无质量的粒子是德国数学家赫尔曼·外尔(Hermann Weyl)在1929年预言的。Hasan和方忠、翁红明领导的团队各自独立地在准金属砷化钽(TaAs)中发现了一种准粒子的指示性证据,这种准粒子表现得就像外尔费米子。Soljačić和同事们在一种非常不同的材料中发现了存在外尔玻色子的证据,——一种“双gyroid”(注释:gyroid是一种无穷连接的三重周期性最小面,参见https://en.wikipedia.org/wiki/Gyroid)的光子晶体。外尔费米子的无质量特性意味着它们可能被用于高速电子学,此外由于它们面对散射时受到拓扑保护,对量子计算机可能也有用处。注释:对外尔费米子的一个介绍,可以见中科院物理所戴希研究员的博客《外尔半金属的故事》,他和方忠用理论计算预测了在TaAs中发现外尔费米子的可能性。现在发现的外尔费米子不是真实的粒子,而是一种真实粒子的集体运动模式,即准粒子,这是凝聚态物理中特有的现象。外尔最初是在粒子物理领域预言这种粒子的,寻找它花了86年,最终却是在凝聚态物理领域找到了这种粒子。在凝聚态物理中实现粒子物理的理论,是当代物理学一种普遍而有趣的思路。
2016年物理学将会发生一些重大的科学事件,其中粒子物理学、天文学和宇宙学似乎提前规划好了。来自欧洲核子研究中心总干事法比奥拉的观点,明年大型强子对撞机会继续在13 TeV能量上对撞质子,预计会有一个新的发现,是后上帝粒子时代的产物。但是强子对撞机可能还无法达到14TeV能量,科学家正在不断进行尝试,欧洲核子研究中心的ATLAS和CMS实验已经暗示超对称粒子存在的可能性,它们位于更高对撞能量中。2016年科学领域取得了许多令人瞩目的成就,包括有“时空涟漪”之称的引力波被发现、可以发射有效载荷至轨道并安全返回的火箭等。但2017年更令人充满期待,人类有望找到“信息宝库”,包括卡西尼号探测器通过土星大气层、新的物理学粒子被发现、预防痴呆症的更好方式等。与此同时,2017年也有许多令科学家们感到害怕的前景。
2017年科学展望
1.利物浦大学物理学教授塔拉·希尔斯(Tara Shears)
2016年,欧洲大型强子对撞机完成技术升级并重新启动,相比以前拥有了更加强大的能级和强度,获得了海量高能数据。我期盼着强子对撞机的粒子对撞数据中出现新的发现,那必定是非常有趣的。通过对这些数据进行分析,你觉得宇宙正慢慢成为焦点,你很快就能看到更多粒子被发现。
2.伦敦大学学院精神病学讲师克劳迪亚·库珀(Claudia Cooper)
随着我们越来越多地发现可增加老年痴呆症危险的因素,较少正规教育、不良饮食、糖尿病、缺少活动、听力损失等,我们有可能延缓甚至预防老年痴呆症。在精神上、社交方面以及心理上帮助人们保持活跃,吃更健康的饮食和好好照顾自己的身体,都可以减缓认知衰退的速度。2017年,相关研究有望取得更多发现,以支持人们抵抗痴呆症的侵袭。
3.朴茨茅斯大学天文学和天体物理学讲师凯伦·马斯特斯(Karen Masters)
我非常期待下一轮引力波试验的结果。2016年人类首次直接探测到引力波,这让我感到非常激动,我甚至因此专门买下带有引力波图案的裙子以示庆祝。首次发现引力波不仅证明了引力理论的正确性,同时也是对那些建造惊人探测器的人的巨大鼓舞。更重要的是,作为天文学家,我发现物体探测非常迷人。黑洞碰撞的质量令人感到惊讶,它竟然能够发出如此清晰的信号,并且在试验初期就被发现。是幸运,亦或是这种信号普遍存在?我很激动,希望2017年能够看到宇宙中更多的黑洞碰撞事件,我们将利用这些新的方式来了解宇宙。
3. 有哪些最新的物理研究成果
美国科学家成为2004年诺贝尔物理学奖的大赢家。瑞典皇家科学院5日宣布,将今年的诺贝尔内物理学奖容授予美国科学家戴维·格罗斯、戴维·波利策和弗兰克·维尔切克,以表彰他们发现粒子物理强相互作用理论中的渐近自由现象。
格罗斯、波利策和维尔切克目前分别在加利福尼亚大学圣巴巴拉分校、加利福尼亚理工学院和麻省理工学院工作,他们将分享1000万瑞典克朗(约合130万美元)奖金。
4. 物理学最新研究成果一般在哪里发表
自然、科学
自然科学
《自然科学》是一本关注自然科学领域最新进展的国际中文期刊,主要刊登自然科学各学科领域的基础研究和应用基础研究方面的高水平、有创造性和重要意义的最新研究成果论文
5. 目前人类最新的物理学研究成果是什么 包括对宇宙 对地球 对生命的认知
最新的都在暗处,过个百年回望,登报见光的或都是神马浮云,真正的都在角专落旮旯里。
重在自我思考,属价值回归,找准目标,不闻不问,干学问就得这么来。热门的,花团锦簇的都是过眼云烟,不要去追寻,永远追不上,而要去开创,纵然我独醒。
6. 科学物理最新成果
粒子物理学家打破光速极限的最新研究成果
英国有人撰文说,科学家声称已经打破了终极的速度屏障:光速。
在美国进行的研究中,粒子物理学家已经证明了光脉冲最高可加速到其正常速度每秒18.6万英里的300倍。
与这一速度一样,这项研究结果所包含的意义也是令人困惑的。有一个解释是,这意味着光几乎可以在出发之前就到达目的地。实际上,它是走在时间的前面。研究结果的确切细节仍然是保密的。
这项研究是由普林斯顿日本电气公司(NEC)研究所的王力军(音)进行的。他把一个光脉冲发射向一个充满了经特殊处理的铯气体的容器中。在该脉冲完全进入容器之前,它就已经穿透了容器,并且又朝实验室的那头行进了60英尺。这就是说,它同时存在于两个地方。王解释这一现象说,这个光脉冲行进的速度是光速的300倍。
这项研究已经在物理学家中引起了争议。令他们焦虑的是,如果说光可以走在时间的前面,它就可以传送信息。而这将违背物理学的基本原理之一因果律,这一理论称,原因先于结果。同时,这也会动摇爱因斯坦的相对论,因为相对论部分地依赖于光速无法突破这一前提。
在意大利,另一组物理学家也成功地打破了光速屏障。在新近发表的一篇论文中,意大利全国科学研究委员会的物理学家描述了他们如何以高出常规光速25%的速度传送微波。该小组推测,以快于光速的速度传送信息是有可能的。
伯克利加州大学物理学教授雷蒙德·乔所进行的另外的实验也证明了这一点。他证明了在某些情况下,光子--即组成光的粒子--显然可以在被一个看起来是零时间的屏障所隔开的两点之间跃迁。这一过程就是所谓的隧道效应,它曾被利用来制作某些灵敏度最高的电子显微镜。
王强调说,他的实验只与光有关,也许并不适用于其他的物理存在。但是科学家现在开始承认,人类最终也许会利用某些这样的特性进行星际太空旅行。
秦始皇陵地宫布局之谜已告破
作者:佚名
“秦皇陵地宫就在封土堆下!”在北京召开的秦始皇陵考古遥感与地球物理技术成果验收会上,秦始皇陵考古队队长段清波宣布,通过最新遥感考古和物探勘查表明,中国第一个帝王陵园的布局之谜已经解开。
此次考古探测于去年底启动,主要采用遥感和地球物理探测技术,不会对秦始皇陵地宫产生损害,特别是高光谱遥感考古在国际上是第二次采用。
墓室约一个足球场大
地宫是放置棺椁和随葬器物的地方,为秦皇陵建筑的核心。有关秦陵地宫位置问题,历来众说纷纭。史料《汉旧仪》一书中有一段关于秦始皇陵地宫深度的介绍:公元前210年,丞相李斯向秦始皇报告,称其带了72万人修筑骊山陵墓,已经挖得很深了,好像到了地底一样。秦始皇听后,下令“再旁行三百丈乃至”。“旁行三百丈”一说让秦陵地宫位置更是扑朔迷离。民间曾传说秦陵地宫在骊山里,骊山和秦陵之间还有一条地下通道,每到阴天下雨的时候,地下通道里就过“阴兵”,人欢马叫,非常热闹。据悉,考古学家根据这个传说曾作过很多考察,但却一直找不到这个传说中的地下通道。
地宫中以水银表示帝国的疆域版图
“我们用遥感和物探的方法分别进行了探测,其实地宫就在封土堆下。”段清波介绍,规模宏大的地宫位于封土堆顶台及其周围以下,距离地平面35米深,东西长170米,南北宽145米,主体和墓室均呈矩形状。墓室位于地宫中央,高15米,大小相当于一个标准足球场。
中煤航测遥感局遥感应用研究院环境所工程师周小虎给记者讲了一个有趣的现象:今年元月初,秦始皇陵区气温降至零下12摄氏度,封土堆上的石榴树正常开花结果,而在封土堆南墙外的石榴树却冻害严重,不能正常开花结果,差别特别明显。“墙外的土壤未经扰动,而封土堆土壤的结构和含水量则已发生改变,又因为墙内地下存有地宫,才使得土壤相对温度较高,从而造成植物长势的差异。”周小虎解释说。
宫墙坚固墓室未坍塌
在这次勘探中,研究人员发现在封土堆下墓室周围存在着一圈很厚的细夯土墙,即所谓的宫墙。经验证,宫墙东西长约168米,南北141米,南墙宽16米,北墙宽22米。
“在修建宫墙的施工中,为了检测用泥土夯实的宫墙是否坚硬,施工人员会站在远处用弓箭射墙,若箭能插进墙体,修好的宫墙必须推倒重建。”段清波说,宫墙都是用多层细土夯实而成,每层大约有5-6厘米厚,相当精致和坚固。“超出我们预想的是,宫墙顶面甚至高出了当时秦代的地面很多,向下直至现封土下33米,整个墙的高度约30米,非常壮观!”在土墙内侧,研究人员又发现了一道石质宫墙。段清波说,根据探测,发现墓室内没有进水,而且整个墓室也没有坍塌。“关中地区历史上曾遭受过8级以上的大地震,而秦始皇陵墓室却完好无损,这与宫墙的坚固程度密切相关!”
“这种宫墙是前所未有的发现!这种崭新的墓葬形式可以称为‘秦陵式’。秦陵式宫墙对中国古代陵墓制度的研究能起多大的推动作用,现在还无法预知。”段清波说。
地宫有道“防水大坝”
除了宫墙,研究人员发现在秦陵周围地下存在规模巨大的阻排水渠。
段清波说,长约千米的阻排水渠其实是堵墙,底部由厚达17米的防水性强的清膏泥夯成,上部由84米宽的黄土夯成,规模之大让人难以想象。“阻排水渠设计相当巧妙。秦始皇陵园地势东南高西北低,落差达85米,而阻排水渠正好挡住了地下水由高向低渗透,有效保护了墓室不遭水浸。”段清波说,《史记》中记载的“穿三泉”中,“三”其实是个概数,其实应该是指在施工中遇到了水淹,所以才修建了阻排水渠。
段清波风趣地说:“秦人太聪明了,正在修建的北京国家大剧院,也不过是按照这套办法来解决水浸问题的。”
宫内水银防腐防盗
据《史记.秦始皇本纪》记载,地宫内“以水银为百川江河大海”。中国地质调查研究院研究员刘士毅介绍,通过物探证明,地宫内的确存在着明显的汞异常,而且汞分布为东南、西南强,东北、西北弱。如果以水银的分布代表江海的话,这正好与我国渤海、黄海的分布位置相符。“秦始皇曾亲自到过渤海湾,所以他很可能把渤海勾画进自己的地宫。如果这被证实,说明秦代对中国地理就有了调查和研究,也是个新发现。”刘士毅说。
秦始皇以水银为江河大海的目的,不单是营造恢宏的自然景观,在地宫中弥漫的汞气体还可使入葬的尸体和随葬品保持长久不腐烂。而且汞是剧毒物质,大量吸入可导致死亡,因此地宫中的水银还可毒死盗墓者。
物探同时还发现,地宫中有石质墓室的存在。
墓室只有东西两墓道
以前曾有媒体报道称,考古人员用钻探方法在封土东边发现了5条墓道,封土西边北边也各找到1条。在昨日的验收会上,始皇陵考古队队长段清波澄清说,根据这次探测结果,除了东、西各一条墓道外,其余则是一些陪葬坑。
从商周到汉代,帝王的墓道通常都为4条,分别贯穿东南西北4个方向,这是尊贵身份和地位的象征,而普通官员和百姓的墓道为一条或两条。按常理秦始皇的墓室也应为4条,但目前却仅仅发现了东、西两条墓道。这一发现在昨日会上引起专家的极大关注。
“意料之外其实也是意料之中,秦始皇本来就是个怪人!”段清波说,秦始皇在位期间所做的事情多超乎常人的想象:统一中国,统一货币,建造近60平方公里的陵园和庞大的兵马俑陪葬坑……“秦始皇脑子里在想些什么,谁都说不清楚。这位生前骄横跋扈、性情不定的始皇帝,死后留下的陵墓必然会扑朔迷离。”段清波说。
据悉,此次探测一期工程完成后,二期工程还将对陵墓深入研究
7. 近几年物理学前沿取得的成就及研究成果
有物理学新基本理论(或物理学新基本定律),发表在《科技创新导报内》2008年第12期的171页上。该容成就在网络的劳作下,被定为:当代中国对世界文明的贡献推荐答案,中国改革开放以来世界级的成就推荐答案,中国人近百年来对人类的贡献推荐答案。
8. 求现代物理学的最新成果
2000~2009年度诺贝尔奖获奖名录
2000年12月10日第一百届诺贝尔奖颁发。
俄罗斯科学家阿尔费罗夫、美国科学家基尔比、克雷默因奠定了资讯技术的基础,而共同获得诺贝尔物理奖。
美国科学家黑格、麦克迪尔米德、日本科学家白川秀树因发现能够导电的塑料,而共同获得诺贝尔化学奖。
瑞典科学家阿尔维德·卡尔松、美国科学家保罗·格林加德、奥地利科学家埃里克·坎德尔因在人类脑神经细胞间信号的相互传递方面获得的重要发现,而共同获得诺贝尔医学及生理学奖。
詹姆斯· 赫克曼丹尼尔·麦克法登因发展了能广泛应用于个体和家庭行为实证分析的理论和方法,而共同获得诺贝尔经济学奖。
2001年12月10日第一百零一届诺贝尔奖颁发。
德国科学家克特勒、美国科学家康奈尔、维曼因在碱性原子稀薄气体的玻色-爱因斯坦凝聚态,以及凝聚态物质性质早期基础性研究方面取得的成就,而共同获得诺贝尔物理学奖。
美国科学家威廉·诺尔斯、巴里·夏普莱斯、日本科学家野依良治因在“手性催化氢化反应”领域取得的成就,而共同获得诺贝尔化学奖。
美国科学家利兰·哈特韦尔、英国科学家蒂莫西·亨特、保罗·纳斯因发现了细胞周期的关键分子调节机制,而共同获得诺贝尔生理学及医学奖。
2002年12月10日第一百零二届诺贝尔奖颁发。
美国科学家里卡尔多·贾科尼、雷蒙德·戴维斯、日本科学家小柴昌俊因在探测宇宙中微子方面取得的成就,并导致中微子天文学的诞生,而共同获得诺贝尔物理学奖。
美国科学家约翰·芬恩、日本科学家田中耕一、瑞士科学家库尔特·维特里希因发明了对生物大分子进行确认和结构分析、质谱分析的方法,而共同获得诺贝尔化学奖。
英国科学家悉尼·布雷内、约翰·苏尔斯顿、美国科学家罗伯特·霍维茨因选择线虫作为新颖的实验生物模型,找到了对细胞每一个分裂和分化过程进行跟踪的细胞图谱,而共同获得诺贝尔医学及生理学奖。
2003年12月10日第一百零三届诺贝尔奖颁发。
俄罗斯科学家阿列克谢·阿布里科索夫、维塔利·金茨堡、英国科学家安东尼·莱格特因在超导体和超流体理论上作出的开创性贡献,而共同获得诺贝尔物理学奖。
美国科学家彼得·阿格雷、罗德里克·麦金农因在细胞膜通道方面做出的开创性贡献,而共同获得诺贝尔化学奖。
美国科学家保罗·劳特布尔、英国科学家彼得·曼斯菲尔德因在核磁共振成像技术领域的突破性成就,而共同获得诺贝尔生理学及医学奖。
2004年12月10日第一百零四届诺贝尔奖颁发。
三位美国科学家戴维·格罗斯、戴维·波利泽和弗兰克·维尔泽克因在夸克粒子理论方面所取得的成就共同获得诺贝尔物理学奖。
以色列科学家阿龙-西查诺瓦、阿弗拉姆-赫尔什科和美国科学家伊尔温-罗斯因在蛋白质控制系统方面的重大发现而共同获得诺贝尔化学奖。
美国科学家理查德-阿克塞尔和琳达-巴克两人在气味受体和嗅觉系统组织方式研究中作出的贡献而共同获得诺贝尔生理学及医学奖。
奥地利女作家艾尔芙蕾德-耶利内克(Elfriede Jelinek)因"她小说和剧本中表现出的音乐动感,和她用超凡的语言显示了社会的荒谬以及它们使人屈服的奇异力量"获得诺贝尔文学奖
肯尼亚环保主义者马塔伊因在可持续发展方面的贡献获诺贝尔和平奖。
挪威经济学家基德兰德(Finn Kydland)和美国经济学家普雷斯科特(Edward Prescott)由于揭示了经济政策和世界商业循环后驱动力的一致性而共同获得2004年诺贝尔经济学奖,这是美国经济学家连续第5次获得诺贝尔经济学奖。
2005年12月10日第一百零五届诺贝尔奖颁发。
美国科学家奥伊-格拉布尔(Roy J. Glauber) 、约翰-哈尔(John L. Hall )和德国科学家特奥多尔-汉什(Theodor W. H
9. 物理学的重大成果
建议去看曹天元著的《上帝掷骰子吗?量子物理史话》非常详细地记录描述了19世纪末到二十世纪中期的物理学重大发现
10. 物理学界2019年最新研究成果
量子控制方面的最新发现,将可能会实现基于量子力学的超快量子计算:光诱导无能隙超导,超导电流的量子节拍。太赫兹和纳米尺度的物质和能量的量子世界(每秒几万亿次周期和十亿分之一米),对我们大多数人来说仍然是一个谜。爱荷华州立大学物理学和天文学教授王继刚(音译)说:我喜欢研究超导率超过千兆赫(每秒数十亿次)的量子控制,这是目前最先进的量子计算应用瓶颈。
使用太赫兹光作为控制旋钮来加速超电流,超导性是电在某些材料中无电阻的运动,通常发生在非常非常冷的温度下。太赫兹光是高频率光,每秒几万亿次的频率周期,它本质上是非常强和强大的微波爆发,在很短的时间内发射。王和一组研究人员证明,这种光可以用来控制超导态的一些基本量子特性。
包括宏观超电流流动、对称性破坏以及获得某些被认为是对称性所禁止的超高频量子振荡。这听起来既深奥又奇怪,但它可以有非常实际的应用。光诱导的超导电流为电磁设计量子工程应用的涌现,材料特性和集体相干振荡开辟了一条前进的道路,其研究于2019年7月1日发表在《自然光子学》(Nature Photonics)上。换句话说,这一发现可以帮助物理学家通过推动超电流,创造出速度极快的量子计算机。
如何控制、访问和操纵量子世界的特殊特性,并将它们与现实世界的问题联系起来,是当今科学界的一大推动。美国国家科学基金会(National Science Foundation)将这一“量子飞跃”纳入了未来研发的“十大理念”。科学基金会对量子研究的支持总结说:通过利用这些量子系统的相互作用,下一代用于传感、计算、建模和通信的技术将更加精确和高效。