将无线电波冷却到量子基态

图片来源：代尔夫特理工大学

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代尔夫特理工大学的研究人员发现了一种将无线电波冷却到量子基态的新方法。为此，他们使用了类似于所谓的激光冷却技术的电路，该技术经常用于冷却原子样品。该设备使用了研究人员最近开发的一种称为光子压力耦合的技术，预计该技术可用于检测超弱磁共振（MRI）信号或量子传感应用，以帮助搜索暗物质。结果已发表在《科学进步》上。

我们日常生活中通常遇到的无线电波，例如我们在车里听的无线电波或向家里的婴儿监视器发送信号的无线电波，是热的：它们包含来自它们发射的东西的随机运动的噪音，甚至在你用来听它们的天线中。这就是当你将车里的收音机调到没有广播电台的频率时听到静电的原因之一。

冷却波

减少这种噪音的一种方法是冷却无线电波，例如将接收无线电波的天线冷却到接近绝对零度的温度。天线中的原子将不再像以前那样晃动，噪音也会降低。这实际上是在超导量子计算机中所做的，该计算机被冷却到10 mK，以防止这些晃动的原子在它们工作的GHz信号中产生噪声。

然而，TU Delft的研究人员Ines Rodrigues表示，“一些应用，如核磁共振、暗物质检测或射电天文学，对MHz频率的超弱信号感兴趣。”对于这些信号，冷却到10 mK是不够的。即使在这些极低的温度下，原子在设备或天线中的随机运动也足以为无线电波信号增加噪音。为了消除剩余的噪音，必须进一步冷却无线电波。

耦合光子

在这项工作中，代尔夫特的研究人员找到了一种抵消晃动原子噪声的新方法。作者使用通常用于冷却原子云的激光冷却技术模拟电路，将设备中的无线电波信号冷却到量子基态。TU Delft的组长Gary Steele表示，电路中剩余的主要噪声只是由于量子波动，量子力学预测的奇怪量子跃升的噪声。Steele的团队专门使用超导量子电路进行量子传感。

该设备采用了最近开发的技术，作者称之为光子压力耦合。预计这种方法在检测超弱磁共振（MRI）信号方面具有令人兴奋的应用；它可以用于许多涉及快速发展的量子计算领域的量子信息处理应用。此外，它可以用于所谓的量子传感应用，并可以帮助寻找暗物质，暗物质是一种尚未检测到的奇怪粒子，可以解释引力和宇宙学中的开放式问题。

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