代尔夫特理工大学研究人员发明了一种量子电路，可以收听量子力学允许的最弱无线电信号。这种新量子电路为将来可能在射电天文学和医学(MRI)等领域的应用打开了大门。它也使实验能够阐明量子力学和重力之间的相互作用，研究结果发表在《科学》期刊上。对于微弱的无线电信号，通常的解决方案是找到一个更大的信号，例如，选择一个不同的电台或移动到房间的另一边。但是，如果我们能更仔细地听呢？
博科园-科学科普：微弱的无线电信号不仅对那些想要找到自己最喜欢电台的人是一个挑战，而且对医院里的磁共振成像扫描仪，以及科学家用来窥视太空的望远镜也是一个挑战。在射频探测领域的一次量子飞跃中，代尔夫特的加里?斯蒂尔教授(Gary Steele)团队的研究人员展示了对光子或能量量子的探测，这是量子力学理论所允许的最弱信号。量子力学中一个奇怪的预言是，能量以被称为量子的小块形式存在。
这种量子芯片(1x1cm)可以让研究人员听到量子力学允许的最小无线电信号。图片：TU Delft
这是什么意思？首席研究员马里奥·盖伊说：比如我推着一个孩子荡秋千，在经典的物理理论中，如果我想让孩子跑得更快一点，我可以给他们一个小推力，让他们跑得更快，更有能量。量子力学说的是另一回事：我一次只能让孩子的能量增加一个“量子步骤”，把这个数字减少一半是不可能的。对于一个秋千上的孩子来说，这些量子步骤是如此之小，以至于他们太小而无法注意到。直到最近，无线电波也是如此。然而，代尔夫特的研究团队开发了一种电路，可以在射频信号中探测到这些能量块，为在量子级别上探测无线电波开辟了可能性。
电子显微镜下的量子电路图片由研究人员建立，这幅画的宽度只相当于三分之一毫米。图片：TU Delft
除了在量子传感方面的应用，代尔夫特的研究小组还对将量子力学提升到下一个层次：质量。虽然量子电磁学理论是在近100年前发展起来，但物理学家们至今仍对如何将引力纳入量子力学感到困惑。利用量子无线电，我们想尝试去聆听和控制重物体的量子振动，并通过实验探索，当把量子力学和引力混合起来时会发生什么，这样的实验很难，但如果成功，将能够测试时空本身的量子叠加，这是一个新概念，将测试我们对量子力学和广义相对论的理解。
这种量子芯片(1x1cm)可以让研究人员听到量子力学允许的最小无线电信号。图片：TU Delft
博科园-科学科普｜研究/来自:代尔夫特理工大学
参考期刊文献:《科学》
DOI: 10.1126/science.aaw3101
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