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激光冷却离子——中国学者解读2012年度诺贝尔物理学奖

  诺贝尔物理学奖评审委员会认为,两位获奖者首次让这个领域的研究向应用层面发展,让新一代的超级量子计算机的诞生有了初步的可能。

  科学界认为,下一代计算机将是建立在量子层面的,它将比传统的计算机数据容量更大,数据处理速度更快。

  此外,评委会还表示,两位获奖者也在极端精准的光子钟领域有着重大贡献。光子钟是世界上最精准的钟,比目前的最精准的铯原子钟要精确好几百倍。

  今年物理学奖的获奖者都是实验物理学家。中科院高能物理研究所院士陈和生对记者介绍,物理学奖得主中,从事理论或实验研究的都有。此前,华人科学家丁肇中就是凭借实验物理而获得了诺贝尔奖,而李振道和杨振宁则凭借理论研究获得诺奖。

  在物理界,理论和应用互补,理论学家通过计算得出假设,实验物理学家继而进行验证,或者,实验物理学家在实验中发现了一个现有假设无法解释的现象,再由理论学家对其进行分析解释,发展理论。

  中科院量子信息重点实验室教授周正威说,我国的量子光学在某些方面世界领先,如实现了量子层面较远距离的“瞬间转移”,但采用的技术总体上还较为简单,不过也有些大学开始引入“离子井”这样复杂高尖端的系统。

  ■ 释疑

  微观与宏观世界如何不同?

  中科院量子信息重点实验室教授周正威介绍,物理世界分成宏观和微观两个层面,宏观是人眼能见到,能够操纵的现实世界,而微观层面则由极小无比的量子构成,在微观世界中的量子,有着宏观世界无法想象的特性。

  对此,物理学界有一个很著名的说法:“薛定谔的猫”,其中,猫相当于微观世界里的量子,可以同时存在于两个不同的状态中,如“死”与“活”,只有进入宏观世界时,这种状态才会被打破。

  周正威解释,在量子世界中,量子可以同时处于A地和B地,但在宏观世界中,一个人无法同时存在于左边的屋子和右边的屋子里。

  “量子这种叠加状态,用人类的一般意识是无法说清楚的。”

  他说,目前获奖的物理学家就在挑战这种极限,试图在微观和宏观之间挂钩,“他们的想法是,把微观的系统尽可能做大,先控制一个离子的叠加状态,然后控制几个,再几十个,希望有朝一日,能够足够大到进入宏观层面。”

  如何在微观世界“捕粒子”?

  中科院量子信息重点实验室教授周正威说,法国与美国的这两位科学家一同得奖,是因为他们有一个共同性,即能够操纵微观世界里的单个量子。

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