玻色-爱因斯坦凝聚与量子计算机

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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)