科技日報(bào)北京4月14日電 （記者劉霞）距科學(xué)家們成功實(shí)現(xiàn)雙光子干涉實(shí)驗(yàn)之后30年，法國物理學(xué)家首次成功進(jìn)行了雙原子的干涉實(shí)驗(yàn)。這一研究將大力促進(jìn)量子計(jì)算機(jī)和量子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

　　在最新研究中，法國國家科學(xué)研究院（CNRS）和巴黎十一大學(xué)的物理學(xué)家首次成功地讓兩個(gè)獨(dú)立的原子實(shí)現(xiàn)了相干：當(dāng)他們朝一個(gè)半透明鏡子的兩邊發(fā)射不可區(qū)分原子對時(shí)發(fā)現(xiàn)，原子對總是形影不離地同時(shí)出現(xiàn)。30年前，科學(xué)家們使用光子進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)。由于與光子相比，原子是大質(zhì)量粒子，所以該實(shí)驗(yàn)不僅為用大質(zhì)量粒子進(jìn)行基本量子物理實(shí)驗(yàn)提供了可能性，也將有助于量子力學(xué)中物質(zhì)和引力效應(yīng)的研究工作。

　　不可區(qū)分粒子這一概念最早由印度著名物理學(xué)家薩特延德拉·納特-玻色和愛因斯坦于1924年提出，是量子力學(xué)最復(fù)雜的現(xiàn)象之一。不可區(qū)分粒子是一些幾乎一模一樣的粒子，擁有同樣的狀態(tài)和參數(shù)，比如速度、波長和偏振方向等。使用光子進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)又叫Hong-Ou-Mandel實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中用到了光子和一個(gè)半透明的鏡子。如果科學(xué)家們朝著鏡子的任意一邊發(fā)射一個(gè)光子，光子被透射和反射的概率各為50%。但如果朝著鏡子的兩邊分別發(fā)射光子時(shí)，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)光子總是形影不離地從一個(gè)方向出來，從而證實(shí)了量子相干現(xiàn)象。

　　現(xiàn)在，法國科學(xué)家首次使用物質(zhì)粒子——氦-4原子對和同樣的鏡子進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩個(gè)相同的原子同時(shí)到達(dá)鏡子時(shí)，它們也總是一起出現(xiàn)，其行為舉止與光子如出一轍。

　　據(jù)每日科學(xué)網(wǎng)近日報(bào)道，該試驗(yàn)面臨的最大障礙是制造不可區(qū)分原子對并操控它們。為此，研究人員首先制造出了玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)，其大約含有10萬個(gè)氦-4原子。接著，他們成功地對這些粒子間的碰撞進(jìn)行了控制，從而制造出了不可區(qū)分原子對。隨后，他們使用激光束對原子進(jìn)行了操控。為了更好地描述相干效應(yīng)，他們錯(cuò)開了朝鏡子兩邊進(jìn)發(fā)的原子的到達(dá)時(shí)刻。經(jīng)過數(shù)千次試驗(yàn)后，他們證實(shí)，當(dāng)兩個(gè)原子錯(cuò)開大約100微秒以上到達(dá)時(shí)，每個(gè)原子各行其是；當(dāng)它們的到達(dá)時(shí)間更接近時(shí)，它們會(huì)同時(shí)從某一邊“現(xiàn)身”；而當(dāng)原子同時(shí)到達(dá)時(shí)，效應(yīng)最明顯。

　　科學(xué)家們表示，最新實(shí)驗(yàn)不僅很好地佐證了量子力學(xué)，而且也展示了科學(xué)家們近年來在量子尺度上控制原子來源方面取得的進(jìn)展。對原子進(jìn)行如此復(fù)雜的操作，將會(huì)大力促進(jìn)量子計(jì)算機(jī)和量子通訊網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。