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李莉波

玻色–爱因斯坦凝聚能应用到哪些地方?

玻色-爱因斯坦凝聚态是一种特殊能量态,这与固态、液态、气态、等离子态、玻色-爱因斯坦凝聚态并列称之为物质的五态。

令人惊叹的是,许多科学家把玻色-爱因斯坦凝聚态称之为幽灵态,实验表明,如果把集群光线光子冷却到绝对零度时,光子集团能突变成“液态光”,并具备超流体的特殊性质,这对研究光子的波粒二象性,光锥性,光旋性、时间晶体等有着深远的意义。

玻色-爱因斯坦凝聚态以使运动态不相同的相同元素的原子突变成为同相、同频、共振的原子集群,使到无数原子步调一致,有如一个原子的状态一样,这样有利于对量子纠缠的研究,量子计算机的制造,量子规范场理论的完善,有利于反重力的研究和量子统一场理论的建立。

李莉波
(图片来源网络,侵删)

玻色-爱因斯坦凝聚态是科学界跨世纪的预测。

多谢邀请,我抛砖你刻玉吧!


我写过不少关于量子计算的文章,实际上主要是两类:一类是基于量子门的计算,另一类是绝热量子计算。其实还有第三种,叫做“量子行走”。所谓量子行走,用自然界的例子来说,就是光合作用过程中电子转移的工作原理。当前,研究者已经能够催动整块的原子云“齐步走”,实现量子行走。

李莉波
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光可以实现量子行走,但需要配备一台新式计算机来算出每一步。不过,在玻色-爱因斯坦凝聚态下,光和物质的关系都反过来了。研究人员就是通过这个原理实现了玻色凝聚态下的量子行走。

图为计算机中的玻色-爱因斯坦凝聚模型,类似波的特点清晰可见。

进入正题之前,我想先对不同类型的量子计算机做一番简要的比较。量子门是大家最熟悉的,就是通过一个量子门的***来完成严谨的逻辑运算,末端读出结果。

李莉波
(图片来源网络,侵删)

绝热量子计算则不涉及严谨运算,而是将问题转化为实现某一能量景观的最低能耗,打个比方,解决方案就在丘壑地区的深谷之中。思路是这样的:先从一片平滑的碗状地带入手,逐渐制造出“山陵”,直至量子位落入最深的“谷底”,计算结束。读出量子位的值,问题就解决了。

而量子行走跟量子门、绝热计算都不一样。对于量子行走来说,问题转化为一系列的线路。一个量子态将同时出现在所有可能的线路中,但各条线路会相互干涉,而包含了答案的那条线路出现量子态的概率更高,其他线路的概率则较低。换而言之,先放进一个微观物体——比方说一个光子,然后测量光子出现的位置,就能找到答案。

此时的思路是这样的:制造一套相互关联的线路,将有待解决的问题编入其中。如果说一个光子是一个量子位,那么光纤就是实现上述方案的材料。先使光纤相互耦合,确保量子位沿多条线路游走并自***涉。耦合的强度决定了每一根光纤中光子的“数量”,而光纤的长度决定了干涉的性质是有益还是有害。

光的量子行走固然好,但每一根光纤须得维持不变:光纤的长度以及不同光纤之间的耦合强度无法及时调整。说到底,这种基于光学量子行走的计算机,缺少可编程的因素。

在玻色-爱因斯坦凝聚态下,光和物质扮演的角色可以互换。所谓玻色凝聚,指处在同一量子态的冷原子的***。简而言之,该***的行为就像单个粒子一样整齐划一。这时候如果用脉冲光对其加以轰击,这颗“粒子”将以一定频率震颤,导致漂移。至于漂移的方向,取决于玻色凝聚的内部状态。

谢邀。

首先要搞清楚什么是波色-爱因斯坦凝聚

给大家科普一下,波色-爱因斯坦凝聚是爱因斯坦根据印度物理学家波色提出的以不可分辨的n个全同粒子的新观念,使得每个光子的能量都满足爱因斯坦的光量子***设,也满足玻尔兹曼的最大几率分布统计***设,将波色对光子(粒子不守恒)的统计方法推广到原子(粒子不守恒),预言当这类原子温度足够低时,会有相变,新的物质状态产生,所有的原子会突然聚集到一种尽可能低的能量状态,这就是所说的波色-爱因斯坦凝聚。简称BEC

然而波色-爱因斯坦凝聚直到20世纪90年代才由美国科学家,在实验上发现波色爱因斯坦凝聚现象

BEC最主要的应用是在原子激光上,例如“原子激光器”,原子激光器实际上是“相干原子束发生器”(这正好类比激光是相干光波发生器),即它发射的原子束具有高度的相干特性,束中所有的原子处于同一种量子态上,同时,束中所有原子的能量处于单模,从能量分布的角度来说具有极好的“单色性”,另外,由于发射的粒子都是处于同一量子态上,因此可以准直行进相当长的距离而无明显发散,即“指向性好”,从这三点看,与激光相似,因此被称为原子激光器。

目前,原子激光器的研究还处于起步阶段,在理论方面,已经有了几种理论模型,但是还没有比较完善的原子激光器理论。

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