北京時間5月26日消息，據國外媒體報道，在新冠病毒疫情隔離期間，英國一位物理學家在自家客廳利用量子技術遠程控制實驗室設備，制造出了第五種物質狀態。

Amruta Gadge博士是英國蘇塞克斯大學數學與物理科學學院的物理學家，她制造的是名為“玻色-愛因斯坦凝聚”（Bose-Einstein Condensate，簡稱BEC）的物質狀態。這是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度所呈現出的一種氣態的、超流性的物質狀態。在這種狀態下，極低溫的原子聚集在一起，表現得如同一個單一的實體。

▲ Amruta Gadge博士的家距離蘇塞克斯大學的實驗室約3公里，目前她只能居家工作，可以在她的屏幕上看到玻色-愛因斯坦凝聚的圖像

在疫情隔離期間，Gadge博士只能在離實驗室約三公里外的自家起居室里工作，但她還是用電腦控制激光和無線電波，創造出了玻色-愛因斯坦凝聚。劍橋大學量子系的研究人員認為，這是第一次有人通過遠程操作，在之前從未制造過玻色-愛因斯坦凝聚的實驗室里制造出了這種物質狀態。

這一成就或許能為使用計算機遠程操作量子技術提供啟發，比如在太空或水下等難以接近的環境中。利用量子物理中鬼魅般的超距效應，量子技術可以極大地加快信息處理的速度，從而開發出地球上最強大的計算機。

“我們都非常興奮，因為我們可以在隔離期間，以及未來任何可能的隔離情況下，采用遠程方式繼續進行實驗，”蘇塞克斯大學實驗物理學教授彼得·克魯格（Peter Kruger）說，“增強遠程實驗室控制的能力，對于研究在太空、地下、潛艇以及極端天氣下難以接近的環境中操作量子技術而言，有著重大意義。”

玻色-愛因斯坦凝聚是繼固態、液態、氣態和等離子態（當氣體中的原子電離時產生的）之后的第五種物質狀態。20世紀20年代中期，阿爾伯特·愛因斯坦和印度物理學家薩特延德拉·納特·玻色（Satyendra Nath Bose）預言，量子力學可以迫使大量粒子表現出單個粒子的行為，這開啟了對所謂“第五物質”的研究。

▲ 這張圖像證實了玻色-愛因斯坦凝聚的成功制造。從左到右可以看到，當原子冷卻到接近絕對零度時，其行為就像一個單一實體

然而，直到1995年6月，科學家們通過在170nK（1.7×10^-7K）的低溫下冷卻由大約2000個銣-87原子組成的稀薄氣體，才制造出了世界上第一個玻色-愛因斯坦凝聚。

玻色-愛因斯坦凝聚通常是一團由成千上萬個銣原子組成的云，這些氣態原子冷卻至接近絕對零度，即原子停止運動的溫度。然而，就在絕對零度之上，原子具有一種不同尋常的性質，它們會結合成一個單一的量子物體，也就是幾乎全部原子都聚集到能量最低的量子態，形成一個宏觀的量子狀態，并可以感知非常弱的磁場。

蘇塞克斯大學的量子系統與設備研究小組就在布萊頓郊外進行實驗，目的是用玻色-愛因斯坦凝聚作為磁傳感器。“我們使用多個精心定時的激光和無線電波冷卻步驟，在超低溫條件下制備出銣原子氣體，”克魯格教授說，“這需要用計算機對激光、磁鐵和微芯片中的電流進行精確控制，同時也需要對實驗室的環境條件進行警覺的監控，因為沒有人能夠親自到現場進行檢查。”

▲Gadge博士在大學量子實驗室設置了控制原子的激光器，之后實驗室就因新冠疫情關閉

就在隔離措施規定可以居家工作的人應該待在家里之前，研究人員設置了一個二維磁光阱，這是一套看起來很奇怪的金屬裝置，利用激光和磁鐵來產生捕獲的原子。Gadge博士通過遠程訪問實驗室的計算機，在家中運行序列，從而進行復雜的計算。

“研究小組一直在觀察隔離和在家工作的情況，因此我們已經有好幾個星期無法進入實驗室了，”Gadge博士說，“過程要比我在實驗室的時候慢得多，因為這個實驗不穩定，每次運行之間我都需要10到15分鐘的冷卻時間。”

“這顯然沒有手動操作的效率高，而且也更加費力，因為我無法像在實驗室工作那樣進行系統掃描或修復不穩定性，”她補充道，“但我們決心繼續研究，我們也一直在探索遠程進行實驗的新方法。”

被捕獲的低溫量子氣體在受控狀態下，可以創建極其精確的傳感器，用于探測和研究新的材料、幾何形狀和設備。目前研究小組正在對傳感器進行進一步開發，以應用于電動汽車電池、觸摸屏、太陽能電池以及腦成像等醫學領域。

▲在瑞典基律納進行的另一個實驗中，一個用來產生玻色-愛因斯坦凝聚態的原子“阱”。阿爾伯特·愛因斯坦和印度物理學家薩特延德拉·納特·玻色在1924年到1925年之間就預言了玻色-愛因斯坦凝聚，但制造這種物質狀態所需的技術直到1995年才出現

玻色-愛因斯坦凝聚態（BEC）被稱為物質的第五態，而前四種分別是固態、液態、氣態和等離子態。這種狀態是在接近絕對零度的低溫下形成的，而且只在表現得像玻色子的原子中形成。

玻色子是兩種基本粒子中的一種。當玻色子原子冷卻形成凝聚態時，它們會失去自己的特性，其行為就像一個巨大的超級原子集團，有點像在激光束中變得難以分辨的光子。1995年6月5日，美國科羅拉多大學博爾德分校的埃里克·康奈爾和卡爾·威曼通過實驗制造出了第一個玻色-愛因斯坦凝聚。四個月后，麻省理工學院的沃爾夫岡·克特勒使用鈉-23獨立獲得了玻色-愛因斯坦凝聚。2001年，康奈爾、威曼和克特勒分享了諾貝爾物理學獎。

總結

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