新电路检测到量子力学允许的最弱无线电信号

弱射频电磁场的探测在包括核磁共振成像到射电天文学在内的多个领域都发挥着重要作用。

在量子光学中，最弱的信号是单光子。以兆赫兹频率检测和操纵单个光子真的很难，因为即使在低温下也无法阻止热波动。

现在，代尔夫特理工大学的物理学家开发了一种系统，使这种检测成为可能。他们建立了一个量子电路，用于检测量子力学理论允许的最弱信号——光子或能量量子。

在量子力学中，能量以一种称为“量子”的微小缝隙的形式出现。请允许我用一个例子来解释这一点：假设你正在推购物车。根据经典物理学，如果你想走得更快，可以给推车额外的推动力，提供更多的能量和更快的速度。

然而，量子力学定律却大不相同：你一次只能增加一个“量子步”的能量。这些“量子步骤”太弱而无法推动推车。事实上，几乎没有任何设备可以准确检测单个量子步骤。无线电波也是如此。

参考：ScienceMag | doi:10.1126/science.aaw3101 |代尔夫特理工大学

研究人员在这项研究中建立的东西实际上可以检测到射频信号中的这些微小的量子阶跃。新的电路量子电动力学架构实现了在量子水平上读取和操纵射频谐振器。

本研究开发的量子芯片（1*1 cm）|资料来源：代尔夫特理工大学

该架构还可用于将电路量子电动力学与兆赫频率范围内的其他物理系统连接起来，例如宏观机械振荡器或自旋系统。

该团队旨在将量子机制应用于量子传感之外：他们想要探索量子引力。尽管量子电磁理论最早是在 1920 年代提出的，但物理学家一直无法弄清楚如何将引力融入量子力学中。

研究人员计划使用量子无线电收听和操纵大型物体的量子振动。他们还将尝试将量子引力和力学结合起来，看看会发生什么。

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当然，这样的实验进行起来并不容易，但如果成功，他们或许能够创造时空本身的量子叠加，这需要对广义相对论和量子力学有深入的了解。

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