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        三个纳米玻璃球相互粘连。 它们形成一个塔状的簇，类似于你把三勺冰淇淋堆在一起——只是小得多。 纳米簇的直径比人类头发的直径小十倍。 在光学设备和激光束的帮助下，苏黎世联邦理工学院的研究人员成功地使这些物体在悬浮中几乎完全静止不动。 这对于量子传感器的未来发展来说意义重大，它与量子计算机一起构成了量子研究最有前途的应用。

         作为悬浮实验的一部分，由光子学兼职教授 Martin Frimmer 领导的研究人员能够消除作用在玻璃球上的引力。 然而，细长的纳米物体仍然在颤抖，类似于指南针上的指针在就位时的移动方式。 在纳米集群的情况下，颤抖运动非常快但微弱：该物体每秒产生大约一百万次偏转，每次偏转的尺寸仅为千分之几度。 这种微小的旋转振荡是所有物体都表现出的基本量子运动，物理学家称之为零点波动。 “根据量子力学原理，没有任何物体可以完全保持静止，”弗里默小组的博士后、该研究的第一作者洛伦佐·达尼亚解释道。 “物体越大，这些零点波动就越小观察它们就越困难。

         多个记录

         迄今为止，还没有人像 ETH 研究人员现在那样成功地检测到这种大小物体的这些微小运动。 他们之所以能做到这一点，是因为他们能够在很大程度上消除所有源自经典物理学领域的运动，并掩盖了对量子运动的观察。 ETH 研究人员将实验中 92% 的星团运动归因于量子物理学和 8% 的经典物理学; 因此，它们指的是高水平的量子纯度。 “在此之前，我们没想到会达到如此高的量子纯度，”Dania 解释道。

         记录并不止于此：研究人员在室温下完成了所有这些工作。 量子研究人员通常必须使用特殊设备将物体冷却到接近绝对零度（-273 摄氏度）的温度。 这里不需要这样做。 弗里默打了一个比方：“这是就像我们制造了一种新车，它比传统卡车运输更多的货物，同时消耗更少的燃料。

         微小而巨大

         虽然许多研究人员研究单个或小原子群的量子效应，但 Frimmer 和他的团队是研究相对较大物体的人之一。 它们的纳米球团簇在日常情况下可能很小，但它由数亿个原子组成，从量子物理学家看来是巨大的透视。 例如，对这种尺寸物体的兴趣部分是由于对未来量子技术应用的希望。 此类应用需要使用量子力学原理来控制更大的系统。

         研究人员能够使用所谓的光镊子悬浮他们的纳米颗粒。 在此过程中，颗粒被放置在透明容器中的真空中。 透镜用于将偏振激光聚焦在此内部的某个点容器。 在这个焦点上，粒子与偏振激光的电场对齐，从而保持稳定。

         “一个完美的开始”

         “我们所取得的成就是进一步研究的完美开端，有朝一日可以将其纳入应用，”Frimmer 说。 他说，对于此类应用，您首先需要一个具有高量子纯度的系统，其中可以成功抑制所有外部干扰并以所需的方式控制运动，并补充说现在已经实现。 然后就有可能检测量子力学效应，测量这些效应，并将该系统用于量子技术应用。

         可能的应用包括物理学基础研究，以设计实验以研究引力和量子力学之间的关系。 还可以开发传感器来测量微小的力，例如作用在传感器上的气体分子甚至基本颗粒的力。 这在搜索暗物质。 “我们现在有一个相对简单、经济高效且非常适合此目的的系统，”Frimmer 说。

         在导航和医学中的应用

         在遥远的将来，量子传感器也可以用于医学成像。 希望它们能够在测量设备主要拾取背景噪声的环境中检测微弱信号。 另一个潜在的应用可能是运动传感器，它甚至可以促进车辆导航当与 GPS 卫星没有接触时。

         对于大多数这些应用，量子系统需要小型化。 根据 ETH 研究人员的说法，这在原则上是可能的。 无论如何，他们已经找到了一种无需耗时、昂贵和能源密集型冷却即可实现所需可控量子态的方法。