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这个研究可促成超级计算机 |
◎法美科学家因量子力学研究分享2012诺贝尔物理学奖 ◎发明测量和控制粒子个体、同时保持其量子力学特性的方法 |
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| 阿罗什(左)和维因兰德。(资料图片) |
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近三年物理学奖得主 2011年诺贝尔物理学奖被授予美国加州大学伯克利分校教授索尔·佩尔马特、美国/澳大利亚物理学家布莱恩·施密特及美国物理学家亚当·里斯,表彰他们“通过观测遥远超新星发现宇宙的加速膨胀”。 2010年授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。 2009年授予英国华裔科学家高锟及美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯。高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得突破性成就。博伊尔和史密斯发明了半导体成像器件电荷耦合器件图像传感器。
10月9日,法国人塞尔日·阿罗什和美国人戴维·维因兰德因为粒子控制研究获得2012年度诺贝尔物理学奖。评委会认定,两人“独立发明并发展测量和控制粒子个体、同时保持它们量子力学特性的方法”,“开启量子物理学实验新时代的大门,显示不必损毁量子粒子个体,就可以直接观测它们”。这个研究成果可望促成下一代超级计算机和更精准的时钟。
探究光和物质的互动 阿罗什1944年在摩洛哥出生,1971年在法国首都巴黎的皮埃尔和玛丽·居里大学获得博士学位,现任法兰西公学院和巴黎高等师范学院教授。 阿罗什的研究课题,涉及一种名为“量子纠缠”的现象。所谓“纠缠”是基本粒子所处微观层面上,单个粒子一方面难以与周围环境分离;另一方面一旦与周围环境相互作用,随即失去量子特性;另外,如果两个粒子相互作用,即使两者分离,互动作用会继续存在。 相当长一段时期内,量子物理学理论所预言的诸多神奇现象难以在实验室环境下直接“实地”观测和验证,只存在于研究人员的“思维实验”中。 从上世纪80年代初,阿罗什及其同事所作研究援用量子光学原理,探究光和物质之间的基本互动,具体手段是把原子送入一个“陷阱”,控制并测量“陷落”在陷阱中的光子。 两人的实验手段相似 维因兰德与阿罗什同岁,出生在美国,1970年在美国哈佛大学获得博士学位,现在美国标准技术学院和科罗拉多大学任职。 维因兰德及其同事所作研究与阿罗什及其同事几乎同时起步并发表论文,所援用方法的理论依据相同,所采用的手段同样有许多相似点。只是,实验中,维因兰德困住带电原子或离子,通过光或光子来控制和测量它们;而阿罗什却让原子通过一个陷阱,从而控制和测量被困光子和光的粒子。 无论是“光子阱”、还是“离子阱”,依照诺奖评委会的说法,都显现“独创性”,在两位获奖者创制这些方法以前由其他研究人员认定为“不可能”。他们的成果因而具有“奠基意义”。他们说,通过巧妙的实验方法,阿罗什和维因兰德的研究团队都成功地测量和控制了非常脆弱的量子态,这些新的实验方法使他们能够检测、控制和计算粒子。 两位获奖者将平分800万瑞典克朗(约合114万美元)奖金。不过,欧洲经济状况不佳所致,与2011年度诺奖相比,奖金总额缩水20%。 促成研发更精准时钟 上世纪80年代至今,维因兰德和阿罗什所研究的领域长足发展。其实,与“量子纠缠”相伴,是另一种现象,名为“量子叠加”,可望提供理论基础,促成下一代超级计算机。 现有计算机、或称“电脑”,采用二进制数据格式,即每一个数据单元、或称“比特”非“0”即“1”。“量子叠加”状态下,“量子比特”可以是“0”或“1”,可以是两个“0”,也可是两个“1”。这意味着,至少在理论上,计算机数据容量可以大大增加,数据处理速度相应提高。 鉴于粒子研究的“纯科学”性质,诺奖评委会对本年度获奖成果的实际应用没有“渲染”表述,只提及两名获奖者所创制方法的一个实例:促成研发“极为精准”的时钟,精度比现有铯原子钟高百倍。 本报综合新华社等报道
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