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钻石将在华威大学和伦敦大学学院的新项目中揭示量子奥秘
指南者留学 2022-08-03 15:40:35
阅读量：1415
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来自华威大学和伦敦大学学院的一组物理学家从科学技术设施委员会获得了50万英镑的资金，使钻石同时存在于两个地方的叠加中。
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科学家们正在测试大于原子和分子的物体是否可以以量子叠加态存在。
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可以为量子计算和量子传感带来新的见解
华威大学和伦敦大学学院（University of Warwick）和伦敦大学学院（UCL）的一个新项目旨在通过尝试使钻石同时存在于两个地方的叠加态中来回答量子物理学的一个基本问题。
这项雄心勃勃的实验有朝一日可能会通过一种由伦敦大学学院，沃里克大学和许多其他大学的研究人员团队在联合工作中开创的方法，导致对引力量子性质的长期追捧测试。
该项目是由科学和技术设施委员会从其基础物理学量子技术计划中获得500，000英镑的赠款实现的。十七个新项目将解决量子技术的基本研究问题 - 从反物质引力的探索到暗物质探测。
英国研究与创新（UKRI）正在为此投入600万英镑，并支持其现有的基础物理学量子技术（QTFP）计划。该计划由科学技术设施委员会（STFC）和工程和物理科学研究委员会（EPSRC）联合资助。
量子力学允许一个物体，无论多么大，都可以被描述为同时存在于不同的地方。这称为空间叠加。尽管量子力学的叠加原理是违反直觉的，并且与我们的日常经验直接冲突，但它已经使用原子和分子进行了实验验证。
华威大学的物理学家将使用微小的合成钻石，称为纳米金刚石，其直径仅为一微米，以探索较大的物体是否可以表现出量子行为。研究人员将与Element Six（www.e6.com）和卡迪夫大学的合作者合作，制造具有单个精确缺陷的纳米金刚石。钻石高度规则结构中的这种缺陷称为氮空位中心（NVC）。
NVC具有一种有用的磁性量子特性，称为“自旋”。自旋可以被描述为同时处于自旋上升状态，自旋下降状态或两种状态的量子叠加态。
嵌入纳米金刚石中的自旋将被微波的外部脉冲置于这种叠加状态。沃里克团队在这种技术上得到了很好的实践，而UCL团队则参与了基础理论的提出。然而，对于这个项目，他们也会尝试在纳米金刚石被磁悬浮并且能够长距离自由移动时做到这一点。
研究人员认为，使用这种实验设置，纳米金刚石将进入一个以相反方向移动的叠加态，对应于其自旋态的叠加 - 因此同时处于两个地方的叠加态。
钻石中的氮空位中心是多种量子技术的强大平台，包括量子计算，量子通信和量子传感。科学家们预计，他们在这个项目中的工作将推进这些量子技术，并应导致一类基于叠加悬浮纳米金刚石的新型更灵敏的传感器。
沃里克物理系的Gavin Morley博士说：“量子力学很好地描述了原子和分子，但是更大的事物呢？该项目有一个雄心勃勃的目标，即测试由超过一百万倍的原子组成的悬浮纳米金刚石是否可以显示这种量子行为。
“量子力学和广义相对论是我们对物理世界的最佳解释，但对我来说，了解如何使它们协同工作是物理学中最有趣的问题。悬浮的纳米金刚石为最终进行实验提供了一条途径，可以解开这个深刻的难题。
伦敦大学学院的Sougato Bose教授说：“我们很高兴这为我们提供了一个机会，让我们迈出量子叠加的第一步，晶体的'这里'和'那里'，这最终将为测试引力的量子本质铺平道路。
STFC项目执行主任Grahame Blair教授说：“这组新的项目应该为我们利用量子计算，成像，传感和模拟等尖端量子技术对宇宙的理解做出宝贵贡献。
新的赠款继续支持英国研究界探索量子技术在基础科学方面的应用的多样性 - 从中微子质量研究到寻找违反自然界基本对称性的研究。
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