新發明單原子溫度計 可讀取量子信息進行測量

德國凱撒斯勞滕大學（Technische Universitat Kaiserslautern）的研究者首次利用單個原子感應器測到了一組接近絕對零度氣體的溫度。研究人員表示，這種感應器未來可用於不影響系統的情況下，探測量子系統的各項特徵。

研究負責人維迪拉（Artur Widera）說，他們使用原子的角動量量子態進行測量，利用單個銫原子測到了只比絕對零度高出十億分之幾度的銣氣體的溫度。

主要研究員布頓（Quentin Bouton）介紹說，單個銫原子進入銣氣體內後，銣原子將與之發生撞擊，「這使它們互相交換角動量直到獲得一種平衡」。研究人員測量單個原子的角動量即可測得溫度。

他們的實驗結果與用傳統測量方法得到的結果一致，證實了新方法的準確性。

這項技術還有高敏感度的特點。一般來說，測量感應器都要和氣體接觸直到達到平衡狀態。「實際上，量子感應器對於平衡態有個基礎限值。可是，我們的方法提前得到了銫和銣的互動信息，因此我們不必等到兩者達到平衡。」布頓說，這種測量系統的敏感度比基礎量子限值的高約10倍。

如何「提前」得到原子的互動信息？布頓繼續解釋說：「我們只需3個互動交換過程，也就是說，3次原子的碰撞，就測得結果。」

布頓說，這對於測量不希望受到影響的脆弱的量子系統有重要意義，在未來量子科技領域有重要用途。

「這是我們第一次用單個原子通過讀取量子信息的方式作為感應器，結果顯示比傳統感應器效果好得多。」維迪拉說。

此外，該研究組還使用這種方法測量了磁場的狀態。這項研究近期發表在《物理評論X》（Physical Review X）上。◇

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