为冷却量子计算机 IBM打造了一台Project Goldeneye“大冰箱”

为冷却量子计算机IBM打造了一台ProjectGoldeneye“大冰箱”得益于独特的叠加态，量子计算机具有难以置信的速度和运算能力。但量子的纠缠态，对环境的干扰有非常敏感——比如温度。为此，IBM建造并展示了一款代号为ProjectGoldeneye的“大冰箱”，特点是能够将温度降低至比外太空还低，以满足量子实验和计算机所需的仅比绝对零度高几分之一的低温条件。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1315695.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1315695.htm

科学家用激光冷却小薄膜 接近绝对零度

科学家用激光冷却小薄膜接近绝对零度开普勒的理论认为，光被物体反射时会产生一种力。这一观点也为彗尾总是指向远离太阳的现象提供了解释。在巴塞尔实验中，一束激光照射到薄膜上（中间正方形）。通过光纤电缆（紫色）延迟反射的激光，薄膜被冷却到绝对零度的千分之一以下。资料来源：巴塞尔大学物理系如今，科学家们利用光的作用力来减缓原子和其他粒子的速度并使其冷却。通常情况下，要做到这一点需要一个复杂的仪器。现在，由PhilippTreutlein教授和PatrickPotts教授领导的巴塞尔大学研究小组只用激光就成功地将一层薄薄的膜冷却到接近绝对零度零下273.15摄氏度。他们最近在科学杂志《物理评论X》上发表了他们的研究成果。研究论文的第一作者、物理学家、博士生玛丽斯-恩泽（MaryseErnzer）说："我们的方法之所以特别，是因为我们不需要进行任何测量就能实现这种冷却效果。根据量子力学定律，测量（通常是反馈回路的要求）会导致量子状态的改变，从而产生干扰。"为了避免这种情况，巴塞尔的科学家们开发了一种所谓的相干反馈回路，其中激光既是传感器，又是阻尼器。通过这种方式，他们抑制并冷却了由硝酸硅制成的薄膜的热振动，该薄膜的大小约为半毫米。在实验中，研究人员将一束激光照射到薄膜上，并将薄膜反射的光线输入光缆。在此过程中，膜的振动导致反射光的振荡相位发生微小变化。然后，利用振荡相位中包含的膜瞬时运动状态信息，加上时间延迟，在适当的时刻用同样的激光对膜施加适当的力。恩泽解释说："这有点像在适当的时候用脚短暂接触地面，从而减缓秋千的速度。为了实现约100纳秒的最佳延迟，研究人员使用了一条30米长的光纤电缆。""波茨教授和他的合作者对这项新技术进行了理论描述，并计算出了我们有望达到最低温度的设置；实验证实了这一点"，作为博士后参与这项研究的马内尔-博斯奇-阿奎莱拉博士说。他和他的同事能够将膜冷却到480微开尔文--比绝对零度高出不到千分之一。下一步，研究人员希望改进他们的实验，使膜达到可能的最低温度--即膜振荡的量子力学基态。在此之后还能创造出所谓的膜挤压态。这种状态对制造传感器特别有意义，因为它们可以实现更高的测量精度。这种传感器的可能应用包括原子力显微镜，用于以纳米分辨率扫描表面。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377315.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377315.htm

辐射冷却：气候控制的开创性方法

辐射冷却：气候控制的开创性方法辐射冷却装置通过辐射热量提供无电冷却，这些热量不会被大气层吸收，而是会从地球大气层逃逸到外层空间。图片来源：©2023KAUST;XavierPita辐射冷却的工作原理辐射冷却设备通过在被称为大气透明窗口的狭窄波长范围内辐射热量来提供无电冷却。在这个窗口内，热量不会被大气层重新吸收，而是逃逸到绝对零度以上三度的太空中，太空就像一个巨大的散热片，随时吸收散发的热量。Gan说："这项技术对于满足沙特阿拉伯当地的冷却需求特别有吸引力。许多材料在夜间会出现辐射冷却。关键的挑战在于如何在阳光直射的情况下实现冷却，使温度低于环境温度。我们必须同时最大限度地减少太阳吸收的热效应，同时最大限度地增加大气窗口的热辐射。"尽管存在挑战，但由于这种可持续冷却技术具有抵御全球变暖影响的潜力，人们对它的兴趣正在迅速增长。研究挑战与标准化然而，Gan指出，在测试和报告新型辐射冷却材料时存在许多潜在的隐患。由于辐射冷却利用天空作为散热器，因此大多数实验都是在当地室外环境中进行的。由于天气条件不可控以及测量设置的变化，要比较和理解不同技术的实际冷却性能，从而在所研究的各种辐射冷却设计中找出最佳策略，就变得非常具有挑战性。在与《自然-可持续发展》杂志的一位资深编辑讨论了这些问题后，他受邀撰写了一篇文章，提出了评估辐射冷却性能的标准化标准和表征程序。团队制定了明确的辐射冷却材料表征建议和冷却计算程序，以提高辐射冷却研究的可靠性和可比性。辐射冷却的未来Gan说："我们希望这一框架将有助于推动可持续和高效冷却解决方案的发展。他补充说，考虑到2022年经历的极端热浪以及2023年上半年在许多大城市观测到的破纪录高温，对无电力冷却解决方案的需求比以往任何时候都更加迫切。通过利用具有零碳排放甚至负碳排放潜力的辐射冷却技术，我们可以有效应对这一全球性挑战，并支持沙特的2030愿景国家战略计划。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381835.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381835.htm

只需加水：斯坦福大学的研究人员发现了一种简单而环保的方法来制造氨气

只需加水：斯坦福大学的研究人员发现了一种简单而环保的方法来制造氨气然而，哈伯-波什工艺是极其能源密集型的，需要80-300个大气压的高压水平和572-1000华氏度（300-500摄氏度）的温度来打破氮的强键。此外，该过程中涉及的天然气蒸汽处理极大地促进了二氧化碳的释放，而二氧化碳是导致气候变化的一个关键因素。氨是一种无色的刺鼻气体，化学式为NH3。它是一种天然存在的化合物，在氮气循环中发挥着重要作用，并被用作生产化肥、塑料和其他化学品的组成部分。它还被用作制冷剂和清洗剂。总而言之，为了满足目前全球每年1.5亿公吨的氨气需求，哈伯-博世工艺占用了全球2%以上的能源，并占排放到大气中的二氧化碳的约1%。相比之下，斯坦福大学研究人员首次提出的创新方法需要的专门环境较少。该研究的高级作者、斯坦福大学人文与科学学院自然科学MargueriteBlakeWilbur教授和化学教授RichardZare说："我们震惊地看到，我们可以在良性的、日常的温度和压力环境中，只用空气和水，使用像喷雾器这样基本的东西来产生氨。如果这个过程可以扩大规模，它将代表一种生态友好的制造氨的新方法，这是世界上最重要的化学过程之一"。这种新方法还使用很少的能源，而且成本很低，因此为可能以可持续的方式生产这种有价值的化学品指出了一条道路。斯坦福大学化学博士后学者XiaoweiSong是这项研究的主要作者，该研究最近发表在《美国国家科学院院刊》上。所发现的新化学是沿着Zare实验室近年来研究长期被忽视的、令人惊讶的水微滴的高反应性的开创性工作的脚步进行的。在2019年的一项研究中，Zare及其同事创造性地证明了腐蚀性的过氧化氢在与表面接触的微滴中自发形成。此后的实验证实了电荷在液体和固体材料之间跳跃并产生分子碎片的机制，即所谓的活性氧物种。基于这些发现，Song和Zare开始与研究的共同作者BasheerChanbasha合作，他是沙特阿拉伯法赫德国王石油和矿业大学的化学教授。Chanbasha专门研究用于能源、石油化工和环境的纳米材料，去年夏天作为访问学者来到斯坦福。研究小组将目光锁定在一种催化剂上--该术语指的是能够提高化学反应速度但本身不会被反应降解或改变的任何物质--他们怀疑这种催化剂能够帮助开辟一条通往氨的化学途径。这种催化剂由一种叫做磁铁矿的氧化铁和一种在20世纪60年代发明的合成膜组成，这种合成膜由两个大分子的重复链组成。研究人员将催化剂应用于石墨网，Song将其纳入一个气体动力喷雾器。喷雾器喷射出微滴，其中泵送的水（H2O）和压缩的分子氮（N2）在催化剂的存在下一起反应。通过使用一种叫做质谱仪的设备，Song分析了微液滴的特性，并在收集的数据中看到了氨的特征。Zare及其同事对这一结果非常满意，特别是考虑到这一相对低技术的方法。Zare说："我们的方法不需要应用任何电压或辐射形式。从更广泛的化学角度来看，该方法的非凡之处在于它使用了物质的三个阶段：作为气体的氮，作为液体的水，以及作为固体的催化剂。据我们所知，同时使用气体、液体和固体来引起化学转化的想法是首创的，对推动其他化学转化有巨大的潜力。"虽然很有希望，但Zare、Song和Chanbasha所揭示的氨气生产方法目前还只是处于示范阶段。研究人员计划探索如何浓缩所生产的氨，以及衡量该工艺如何能够潜在地扩大到商业上可行的水平。虽然哈伯-博世公司只有在巨大的设施中才是有效的，但新的制氨方法可以是便携式的，在现场甚至在农场按需进行。反过来，这将减少与从遥远的工厂运输氨有关的温室气体排放。Zare说："随着进一步的发展，我们希望我们的合成氨生产方法可以帮助解决两大迫在眉睫的问题，即继续为地球上不断增长的数十亿人口提供食物，同时仍然缓解气候变化。我们对继续这一研究方向充满了希望和兴奋"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357377.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357377.htm

国产量子计算用温度计新进展：可测温度接近绝对零度

国产量子计算用温度计新进展：可测温度接近绝对零度记者从安徽省量子信息工程技术研究中心获悉，国盾量子自主研发了高性能抗干扰氧化钌温度计，产品起测温度接近6毫开尔文（mK），刷新了国内纪录。氧化钌温度计是量子计算机的核心器件之一，可用于对量子芯片的工作环境进行测温。安徽省量子信息工程技术研究中心副主任王哲辉表示，国盾量子氧化钌温度计的成功研制，会进一步增强我国超导量子计算产业链自主可控能力。小K注：开尔文为热力学温标，0开尔文被称为“绝对零度”（约零下273.15℃），是理论上能达到的热力学最低温度极限。

研究人员控制玻色-爱因斯坦凝聚态波动 用创新冷却方法稳定量子实验

研究人员控制玻色-爱因斯坦凝聚态波动用创新冷却方法稳定量子实验维也纳理工大学（TUWien）现在已经证明，可以通过一种有趣的新方法实现这种冷却：玻色-爱因斯坦凝结物被分成两部分，既不是突然也不是特别缓慢，而是以一种非常特殊的时间动态来确保尽可能完美地防止随机波动。这样，本已极冷的玻色-爱因斯坦凝聚态的相关温度就可以大大降低。这对于量子模拟器来说非常重要，维也纳工业大学利用量子模拟器来深入了解以前的方法无法研究的量子效应。"我们在研究中使用量子模拟器，"MaximilianPrüfer说，他正在德国联邦科学基金会Esprit补助金的帮助下，在维也纳工业大学原子研究所研究新方法。"量子模拟器是一种系统，其行为由量子力学效应决定，可以很好地控制和监测。因此，这些系统可用于研究量子物理学的基本现象，而这些现象也会出现在其他量子系统中，但这些系统却不容易研究"。张甜甜和MaximilianPrüfer。图片来源：维也纳工业大学这意味着，一个物理系统实际上是用来了解其他系统的。这种想法在物理学中并不新鲜：例如，你也可以通过水波实验来了解声波，但水波更容易观察。马克西米利安-普吕费尔（MaximilianPrüfer）说："在量子物理学中，量子模拟器近年来已成为一种极为有用的多功能工具。实现有趣模型系统的最重要工具之一是极冷原子云，比如我们在实验室研究的那些原子云"。在目前发表在《物理评论X》上的这篇论文中，约尔格-施米德迈尔和马克西米利安-普吕费尔领导的科学家们研究了量子纠缠如何随时间演变，以及如何利用这一点实现比以前更冷的温度平衡。量子模拟也是最近启动的QuantA英才集群的核心课题，该集群正在研究各种量子系统。"越冷越好目前，限制这种量子模拟器适用性的决定性因素通常是其温度，马克西米利安-普吕费尔（MaximilianPrüfer）说："我们越能冷却冷凝物中有趣的自由度，就越能更好地利用它，也就能从中学到更多东西。"冷却的方法有很多种：例如，可以通过非常缓慢地增加气体体积来冷却气体。对于极冷的玻色-爱因斯坦凝聚态，通常会使用其他技巧：快速移除能量最高的原子，直到只剩下一组原子，这些原子具有相当均匀的低能量，因此温度较低。该研究的第一作者张甜甜说："但我们使用了一种完全不同的技术。我们制造了一个玻色-爱因斯坦凝聚态，然后通过在中间制造一个屏障将其分成两部分。最终位于屏障右侧和左侧的粒子数量是不确定的。由于量子物理定律，这里存在一定的不确定性。可以说，两边都处于不同粒子数量状态的量子物理叠加中。"张甜甜在维也纳量子科技中心博士学院的博士论文中研究了这一课题。马克西米利安-普吕费尔说："平均而言，正好有50%的粒子在左边，50%在右边。但量子物理学认为，粒子总是存在一定的波动。这种波动，即与预期值的偏差，与温度密切相关"。通过控制波动降温维也纳科技大学的研究团队能够证明：玻色-爱因斯坦凝聚态的极速或极慢分裂都不是最佳的。必须找到一种折中的方法，一种巧妙定制的动态分裂凝结物的方法，以尽可能好地控制量子波动，这个问题无法用传统计算机解决。但通过实验，研究小组能够证明：适当的分裂动力学可以用来抑制粒子数量的波动，而这反过来又会降低温度，从而达到最小化的目的。马克西米利安-普吕费尔解释说："这个系统中同时存在不同的温标，我们降低的是其中一个非常特殊的温标。因此，不能把它想象成一个整体温度明显变低的迷你冰箱。但我们要说的不是这个：抑制波动正是我们所需要的，这样我们就能比以前更好地把我们的系统用作量子模拟器。我们现在可以用它来回答以前无法回答的基本量子物理学问题。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1430565.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1430565.htm