讓物質隱形的奇異量子效應證實

科技日報北京11月23日電 （記者劉霞）幾十年前，科學家預言存在一種奇異的量子效應——泡利阻塞，即如果一團氣體變得足夠冷且足夠緻密，它就能隱形。美國和新西蘭科學家在最新一期《科學》雜誌撰文指出，他們利用激光擠壓並冷卻鋰氣體等，使其密度和温度變化到足以減少光散射量的程度，由此證明了泡利阻塞效應，未來有望利用其開發能抑制光的材料，進一步提高量子計算機的性能和效率。

泡利阻塞源自奧地利著名物理學家沃爾夫岡·泡利於1925年首次提出的泡利不相容原理。泡利假定，一切處於相同量子態的費米子（如質子、中子和電子）都不能處於同一空間。泡利不相容原理也適用於氣體中的原子。通常情況下，氣體雲中的原子有很大的彈跳空間。這意味着，儘管它們可能是受泡利不相容原理約束的費米子，但有足夠多未被佔據的能級供它們躍遷。然而，如果讓氣體冷卻下來，原子會失去能量，佔滿所有可用的最低能級，處於不能動彈的狀態。由於排列過於緊密，這些粒子無法再與光相互作用，光就被“泡利阻塞”了，只能徑直穿過。

在最新研究中，科學家調整了激光束中的光子，使鋰氣體雲中的原子變慢並變冷，隨後將氣體雲的温度降至略高於絕對零度，再使用另一束激光將這些原子壓縮至約1000萬億個/立方厘米的程度。

為弄清過冷原子的隱形程度，他們使用第三束激光照射原子，並用一個高靈敏攝像頭統計散射光子的數量。正如理論預測的那樣：與室温下的原子相比，被冷卻和壓縮的原子散射的光減少了38%，使其亮度顯著降低。他們表示，如果能讓這團氣體的温度降到更接近絕對零度（零下273.15攝氏度），那麼它將變得完全看不見。另外兩個獨立研究小組也冷卻了鉀和鍶氣體，證明了該效應。

報告資深作者、麻省理工學院物理學教授沃爾夫岡·克特勒説：“這是科學家首次清楚地觀察到這種效應的存在，未來有望利用其開發抑制光的材料，這對於提高量子計算機的效率非常重要，因為量子退相干（由光攜帶的量子信息散失至周圍環境中）會降低量子計算機的性能和效率。”