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标  题: 《自然》:一种新的原子物质状态
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年06月26日20:28:29 星期四), 站内信件

 
《自然》:一种新的原子物质状态 
 
 
 
 
　　新华网柏林１月６日电（记者潘治）德国慕尼黑大学和马普学会量子光学研究所的物
理学家们在激光束构筑的三维能量点阵中，通过改变激光能量，成功地实现了玻色－爱因
斯坦凝聚态下铷原子气体的超流体态与绝缘态的可逆转换。这一成果发表在新一期《自然
》杂志上并获得高度评价，科学家认为该成果将在量子计算机研究方面带来重大突破。 

　　此前，物理学家已经在极为接近绝对零度的条件下使铷原子气体实现了玻色－爱因斯
坦凝聚。在该凝聚态下，所有的铷原子都具有同一个状态，并且原子可以无阻力地自由移
动，这被称为“超流体”。德国物理学家利用６束激光形成了一种干涉图样，相当于一系
列的能量“山峰”和“山谷”，然后将凝聚态下的铷原子气体放置其中。结果发现，由于
超流动状态，最初铷原子可以轻易地在山地中移动；但当增加激光能量时，铷原子突然失
去“自由”，被困在了能量“山谷”中而呈现绝缘态，即在这种状态下每一个“山谷”中
的原子数目都是可以确定的。科学家们还发现从超流体态到绝缘态的这一转换过程是可逆
的。 

　　科学家们解释说，激光束构成了一个如同具有整齐统一布局的地形，能量高的“山峰
”与能量低的“山谷”逐一相间地排列在三维空间中。最初超流体态下，原子可以从一个
“山谷”移动到另外一个，并且无法确定每个“山谷”中原子的数目；但当增加激光能量
时，“山峰”的高度为之改变，而此时原子都被束缚在“山谷”中，并且此时每一个“山
谷”中的原子数量都可以精确测定，即铷原子气体呈绝缘态。通过改变激光能量调整能量
“山峰”的高度，可以使铷原子在这两种状态中实现可逆转换。 

　　有专家认为，由于每个铷原子都具有磁矩这种属性，可以用来表示“０”和“１”两
种状态，即可以用做量子计算机的存储介质。大量的铷原子可以成为量子计算机的存储器
，如果有两个这样的存储器，利用它们之间的相互作用，就可以实现量子计算。 

　　《自然》杂志发表评论认为，这一发现在玻色－爱因斯坦凝聚研究中具有“里程碑性
质”。（完） 

新闻背景：玻色－爱因斯坦凝聚与量子计算机 

　　新华网柏林１月６日电（记者　潘治）德国科学家在新一期《自然》杂志上发表论文
介绍说，通过改变激光束构筑的三维能量点阵中激光的能量，他们首次实现了玻色－爱因
斯坦凝聚态下铷原子气体的超流体态与绝缘态的可逆转换。科学家认为这一发现具有重大
意义，并可能为量子计算机的研究带来重大突破。 

　　在微观状态下让物质处于可控制状态一直是对科学家们的一个重大挑战。１９２４年
，印度物理学家玻色曾对光粒子进行了这方面的理论研究，并把重要的研究结果告诉了爱
因斯坦。在将玻色的理论推广到了对特定原子的研究领域后，爱因斯坦预言，如果将这类
原子气体冷却到非常低的温度，那么所有原子会突然以可能的最低能态凝聚，物质的这一
状态后被称为玻色－爱因斯坦凝聚。 

　　在爱因斯坦预言的７０年后，也就是到了１９９５年，两名美国科学家康奈尔和维曼
以及德国科学家克特勒分别在极为接近绝对零度的条件下首次通过实验证实了玻色－爱因
斯坦凝聚理论。这三位科学家也因此而荣膺２００１年度诺贝尔物理学奖。 

　　超流体是指一种具有奇特性质的理想流体，即流体内部完全没有粘滞。进一步解释说
，粘滞总是使流体中的任何不规则性趋向于消失，好比蜂蜜的粘滞性比水大，因而蜂蜜的
状态就比水更不容易改变。而超流体中的一个旋涡则可以存在很长的时间。此外人们已经
知道，物体内部电子被束缚住，失去自由不能移动时，物体就将成为绝缘体。 

　　打个比方说，如果将一群原子以一群人来表示，那么进入玻色－爱因斯坦凝聚态则意
味着这群人同时成为了训练有素的士兵，具有共同良好的军事素质；超流体态如同大军开
拔，可以迅速南征北战；而绝缘态则表示大军驻扎，各自休养生息。德国科学家的成果，
则犹如找到了控制这只大军行动的指挥棒，可以通过宏观行为（改变激光能量）实现微观
世界对原子的控制（大军开拔或驻扎）。 

　　进入２１世纪，传统的硅芯片计算机在经过了三十多年的发展后，由于面临耗能和散
热等问题将不可避免地逐渐遭遇发展极限。为此，人们又提出了ＤＮＡ计算机和量子计算
机的构想，其中量子计算机被认为更有发展希望。为了发展量子计算机，人们需要找到可
以表示０和１两个状态的方法。而每个铷原子都具有磁矩这种状态属性，恰好可以用来表
示这两种状态，即可以用做量子计算机的存储介质。 

　　《自然》杂志发表的文章介绍说，大量的铷原子可以成为量子计算机的存储器，如果
有两个这样的存储器，利用它们之间的相互作用，就可以实现量子计算。而德国科学家的
发现，为实现量子计算机这一目标“迈出了第一步”。（完） 
 

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