量子實驗，無論是量子電腦、量子瞬移，或是新型量子感測器，都始終面臨著一個共同的挑戰：量子效應非常脆弱，容易受到破壞。它們對外部幹擾極為敏感，例如，只是周圍溫度引起的波動。因此，盡可能有效地冷卻量子實驗非常重要。透過巧妙地拆分玻色-愛因斯坦凝聚態，維也納工業大學利用新技術實現了更穩定的量子實驗。

維也納理工大學（TU Wien）現在已經證明，可以通過一種有趣的新方法實現這種冷卻：玻色-愛因斯坦凝結物被分成兩部分，既不是突然也不是特別緩慢，而是以一種非常特殊的時間動態來確保盡可能完美地防止隨機波動。這樣，本已極冷的玻色-愛因斯坦凝聚態的相關溫度就可以大大降低。這對於量子模擬器來說非常重要，維也納工業大學利用量子模擬器來深入了解先前的方法無法研究的量子效應。

「我們在研究中使用量子模擬器，”Maximilian Prüfer 說，他正在德國聯邦科學基金會Esprit 補助金的幫助下，在維也納工業大學原子研究所研究新方法。 “量子模擬器是一種系統，其行為由量子力學效應決定，可以很好地控制和監控。因此，這些系統可用於研究量子物理學的基本現象，而這些現像也會出現在其他量子系統中，但這些系統不容易研究”。

張甜甜和Maximilian Prüfer。圖片來源：維也納工業大學

這意味著，一個物理系統實際上是用來了解其他系統的。這種想法在物理學中並不新鮮：例如，你也可以透過水波實驗來了解聲波，但水波更容易觀察。

馬克西米利安-普呂費爾（Maximilian Prüfer）說：「在量子物理學中，量子模擬器近年來已成為一種極為有用的多功能工具。實現有趣模型系統的最重要工具之一是極冷原子雲，例如我們在實驗室研究的那些原子雲”。在目前發表在《物理評論X》上的這篇論文中，約爾格-施米德邁爾和馬克西米利安-普呂費爾領導的科學家們研究了量子糾纏如何隨時間演變，以及如何利用這一點實現比以前更冷的溫度平衡。量子模擬也是最近啟動的QuantA 英才群集的核心主題，該群正在研究各種量子系統。 “

越冷越好

目前，限制這種量子模擬器適用性的決定性因素通常是其溫度，馬克西米利安-普呂費爾（Maximilian Prüfer）說：”我們越能冷卻冷凝物中有趣的自由度，就越能更好地利用它，也就能從中學到更多。

冷卻的方法有很多種：例如，可以透過非常緩慢地增加氣體體積來冷卻氣體。對於極冷的玻色愛因斯坦凝聚態，通常會使用其他技巧：快速移除能量最高的原子，直到只剩下一組原子，這些原子具有相當均勻的低能量，因此溫度較低。

研究的第一作者張甜甜說：”但我們使用了一種完全不同的技術。我們製造了一個玻色-愛因斯坦凝聚態，然後通過在中間製造一個屏障將其分成兩部分。最終位於屏障右側和左側的粒子數量是不確定的。學院的博士論文中研究了這一課題。

馬克西米利安-普呂費爾說：”平均而言，正好有50% 的粒子在左邊，50% 在右邊。但量子物理學認為，粒子總是存在一定的波動。這種波動，即與預期值的偏差，與溫度密切相關”。

透過控制波動降溫

維也納科技大學的研究團隊能夠證明：玻色-愛因斯坦凝聚態的極速或極慢分裂都不是最佳的。必須找到一種折中的方法，一種巧妙定制的動態分裂凝結物的方法，以盡可能好地控制量子波動，這個問題無法用傳統計算機解決。但透過實驗，研究小組能夠證明：適當的分裂動力學可以用來抑製粒子數量的波動，而這反過來又會降低溫度，從而達到最小化的目的。

馬克西米利安-普呂費爾解釋說：「這個系統中同時存在不同的溫標，我們降低的是其中一個非常特殊的溫標。因此，不能把它想像成一個整體溫度明顯變低的迷你冰箱。但我們要說的不是這個：抑制波動正是我們所需要的，這樣我們就能比以前更好地把我們的系統用作量子模擬器。學問題。

編譯來源：ScitechDaily