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        量子物理学的局限性是什么？ 这是几十年来全世界都在研究的问题。 如果我们想让量子世界的性质在技术上可用，我们需要了解明显大于原子和分子的物体是否也能表现出量子现象。

         例如，可以检查直径为 100 纳米的小玻璃球体——仍然比一粒沙子小一千多倍，但数量却很大标准。 多年来，人们一直试图证明这些球体在多大程度上仍然表现出量子特性。 苏黎世联邦理工学院的一个研究小组在维也纳工业大学（维也纳）的理论支持下，现在取得了突破：他们能够证明此类粒子的旋转振动符合量子物理学，不仅当它们使用复杂的冷却方法冷却到接近绝对零度时，甚至在房间内也是如此 温度。

         振动量子：仅确定允许摇摆

         “微观颗粒总是会稍微摆动，”维也纳工业大学理论物理研究所的卡洛斯·冈萨雷斯-巴列斯特罗说。 “这种振荡取决于温度以及粒子如何受到环境的影响。”

         在日常生活中，我们假设任何类型的振荡都是可能的。 例如，时钟的钟摆可以摆动到任何角度，它可以设置到更强一点或更弱一点的振荡——只是随心所欲。 然而，在量子世界中，情况就不同了：如果你观察能量非常低的振荡，你会发现存在非常具体的“振荡量子”。

         有一个最小的振动，称为“基态”，一种稍高的振动，携带更多的能量（“第一激发态”），依此类推。 中间没有状态，但粒子可以以不同振动态的量子物理组合存在——这是中心状态之一量子物理学的概念。

         “将纳米粒子置于其量子特性变得明显的状态是非常困难的，”Carlos Gonzalez-Ballestero 说。 “你必须让粒子漂浮，以便尽可能地将其与任何干扰隔离开来。 通常你还必须确保极低的温度，接近绝对零度，即零下 273.15 摄氏度。

         旋转冻结，粒子保持热

         苏黎世联邦理工学院和维也纳工业大学现在有开发了一种技术，可以将纳米粒子的非常特定方面带入量子物理状态，即使粒子本身处于热、无序状态。

         “我们使用的纳米颗粒不是完美的圆形，而是略呈椭圆形，”Carlos Gonzalez-Ballestero 解释道。 “当你将这样的粒子保持在电磁场中时，它就会开始旋转。 我们的问题是：我们能看到这种旋转振动的量子性质吗？ 我们能从中汲取能量吗旋转运动，直到它主要处于量子基态？

         激光束和反射镜系统用于此目的。 “激光可以为纳米颗粒提供能量，也可以从纳米颗粒中获取能量，”Carlos Gonzalez-Ballestero 解释道。 “通过以合适的方式调整镜子，可以确保能量被高概率提取，并且只以低概率添加。 因此，旋转运动的能量会减少，直到我们接近量子地面状态。

         然而，为了实现这一目标，必须解决许多困难的理论问题——必须正确理解和控制激光器的量子噪声。

         破纪录的量子纯度

         最后，实际上可以证明旋转可以进入几乎完全对应于量子力学基态的状态。 令人惊奇的是，纳米颗粒没有冷却--相反，它确实是实际上有几百度的热度。

         “你必须分别考虑不同的自由度，”Carlos Gonzalez-Ballestero 解释道。 “这使得旋转运动的能量可以非常有效地降低，而不必同时降低纳米颗粒的内部热能。 令人惊讶的是，可以这么说，旋转可以冻结，即使粒子本身具有很高的温度。

         这使得创造一个明显“更纯净”的状态成为可能就量子物理学而言，比以前使用类似粒子的可能性要大——尽管不需要冷却。 “这是突破量子物理学界限的一种技术上非常实用的方法，”卡洛斯·冈萨雷斯-巴列斯特罗说。 “我们现在可以以稳定可靠的方式研究物体的量子特性，这在以前几乎是不可能的。”