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光-物质耦合作用强度创新纪录

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光-物质耦合作用强度创新纪录

发布日期:2016-10-31 作者:真空系统 点击:

真空系统小编讯:据物理学家组织网近日报道,加拿大滑铁卢大学量子计算研究所(IQC)的科学家们创造了迄今最强的光-物质耦合新纪录,强度是之前的10倍多。研究人员表示,发表在《自然—物理学》杂志上的这一最新成果,将使很多目前无法进行的物理学研究成为可能。

为了获得这种强耦合作用,该研究论文主要作者、IQC博士鲍尔·弗恩-戴兹领导的研究团队构建了一个铝电路,接着将其放入稀释制冷剂内,让其冷却到绝对零度之上百分之一摄氏度。在如此寒冷的温度下,电路具有超导特性,这意味着电流经过它们时没有电阻或者不会失去能量。这些铝电路中所谓的超导量子比特遵循量子力学法则,而且其行为类似人造原子。

为控制这一超导电路的量子状态,研究人员使用微波脉冲发送光子进入超导电路中,并施加了一个小型磁场。通过测量光子的传输情况,研究人员确定了量子比特的共振现象。弗恩-戴兹解释说,他们测量出的共振频率范围比量子比特本身的频率更宽。这意味着光子和量子比特之间存在着非常强的相互作用。

弗恩-戴兹说:“借助最新研究,我们正在使对光—物质相互作用的研究进入一个新领域,进入量子光学领域。我们的电路有潜力作为量子模拟器,供研究自然界中其他有趣的量子系统所用。光和量子比特之间这种强烈的量子耦合,有助于科学家们进一步探索与生物过程、高温超导等奇特材料甚至相对论有关的物理学研究。”

可穿戴电子器件,如电子皮肤、智能手表、运动手环等,已表现出替代传统电子产品的巨大潜力,但因器件体积有限,电池续航时间短,应用受到限制。一种常规的策略是将轻便高效率发电模块和高能量的存储装置做成织物,直接集成到可穿戴电子系统中,如基于纤维的光伏电池和电容器组成的自供电系统等。然而,光伏电池的工作状态取决于天气等外界条件,仅能在足够的光照下工作,况且昼夜交替、雾霾严重,太阳能的间歇性和不可预测性决定其并不总是可用的,如何利用不同的工作机制从环境中收集能量以替代和补偿太阳能不足部分的需求是迫切的。相比之下,2012年由中国科学院纳米能源与系统所首席科学家、佐治亚理工学院董事教授王中林院士提出的摩擦纳米发电机,可以从环境中收获不同的机械能量。摩擦纳米发电机主要是基于摩擦带电和静电感应的耦合效应,其对于频率低于5 Hz机械能,具有传统发电机不可击败的优势,非常适用于收集如波浪、潮汐、人体运动等常规方法难以收集的能量,由此提出一种从环境中同时收集多种类型的能量的新策略,通过结合两种不同发电单元同时收集太阳能和机械能,并将其储存,使得能量资源可以有效的互补利用。


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