新型量子電路能檢測(cè)到微弱的無線電信號(hào)

在生活中，我們都有過被“無線電信號(hào)差（或者說微弱）”煩擾的經(jīng)歷：在汽車中播放的最喜愛的歌曲變成了噪音，離wifi路由器太遠(yuǎn)以至于無法打開郵件。一般來說，我們的解決方案就是增強(qiáng)信號(hào)，例如選擇其他無線電臺(tái)，或者移動(dòng)到臥室中離路由器近的一側(cè)?？墒牵绻覀兡軌蚋幼屑?xì)地檢測(cè)信號(hào)，或許情況就會(huì)不同。

無線電信號(hào)差，不僅阻礙人們尋找最喜愛的無線電臺(tái)，也為醫(yī)院中的磁共振成像（MRI）掃描儀，以及科學(xué)家們探索太空采用的望遠(yuǎn)鏡帶來了挑戰(zhàn)。近日，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的研究人員們開發(fā)出一種量子電路，使得他們可以通過量子力學(xué)檢測(cè)到最微弱的無線電信號(hào)。

這種新型量子電路為射電天文學(xué)和醫(yī)學(xué)（磁共振成像）等領(lǐng)域的未來應(yīng)用打開了大門，也使研究人員們能通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步揭示量子力學(xué)與引力之間的相互作用。這是無線電頻率檢測(cè)方面的一次量子性的“飛躍”。代爾夫特理工大學(xué)教授 Gary Steele 課題組的研究人員們展示了如何檢測(cè)光子或者能量量子，即量子力學(xué)中的最微弱信號(hào)。

在經(jīng)典物理中，能量是連續(xù)變化的，可以取任意值。然而，量子力學(xué)中存在著一個(gè)奇怪的預(yù)測(cè)：能量會(huì)表現(xiàn)出不連續(xù)的離散性質(zhì)，其中最小的單位稱為“量子”。

這意味著什么？首席研究員 Mario Gely 解釋道：“例如，我推著一個(gè)小孩蕩秋千。在經(jīng)典物理學(xué)中，如果我想要這個(gè)小孩蕩得快一點(diǎn)，那么我就輕輕推他一下，給他更快的速度和更高的能量。量子力學(xué)的解釋則不同，我每次只能讓小孩的能量增加一個(gè)‘量子臺(tái)階’，施加這個(gè)“量子臺(tái)階”一半的能量是不可能的?！?/p>

對(duì)于一個(gè)蕩秋千的孩子來說，這些“量子臺(tái)階”非常微小，以至于無法被注意到。直到最近，對(duì)于無線電波來說，情況也是這樣。然而，代爾夫特理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一個(gè)電路，它可以精準(zhǔn)地檢測(cè)無線電頻率信號(hào)中的這些量子能量，為量子層面感知無線電波開拓了潛力。