量子实验总是要处理同样的问题，无论涉及量子计算机、量子耳机 传态还是新型量子传感器：量子效应很容易崩溃。它们对外部干扰极其敏感 - 例如，对仅由周围温度引起的波动。因此，能够尽可能有效地冷却量子实验非常重要。

在维也纳工业大学(维也纳)，现在已经证明这种类型的冷却可以通过一种有趣的新方式实现：玻色-爱因斯坦凝聚态分裂成两部分，既不突然也不特别缓慢，而是具有非常特定的时间动态确保尽可能完美地防止随机波动。这样，已经极冷的玻色-爱因斯坦凝聚态的相关温度就可以显着降低。这对于量子模拟器来说非常重要，维也纳工业大学使用量子模拟器来深入了解使用以前的方法无法研究的量子效应。

量子模拟器

“我们在研究中使用量子模拟器，”Maximilian Prüfer 说道，他正在 FWF 的 Esprit 资助项目的帮助下在维也纳工业大学原子研究所研究新方法。 “量子模拟器是其行为由量子力学效应决定的系统，并且可以很好地控制和监测。因此，这些系统可用于研究也发生在其他量子系统中的量子物理基本现象，而这些现象不能那么容易地研究”。

这意味着物理系统用于实际了解其他系统的一些信息。这个想法在物理学中并不是全新的：例如，你也可以用水波进行实验来了解声波——但水波更容易观察到。

“在量子物理学中，量子模拟器近年来已成为一种非常有用和多功能的工具，”马克西米利安·普吕弗说。 “实现有趣的模型系统的最重要工具之一是极冷原子云，例如我们在实验室研究的原子云。”在《Physical Review X》当前发表的论文中，Jörg Schmiedmayer 和 Maximilian Prüfer 领导的科学家研究了量子纠缠如何随时间演变，以及如何利用它来实现比以前更冷的温度平衡。量子模拟也是最近推出的 QuantA 卓越集群的中心主题，其中正在研究各种量子系统。

越冷越好

目前通常限制此类量子模拟器适用性的决定性因素是它们的温度：“我们越好地冷却凝聚态的有趣自由度，我们就可以更好地使用它，并且我们可以从中学到更多东西。”马克西米利安·普吕弗说。

冷却物体的方法有多种：例如，您可以通过非常缓慢地增加气体的体积来冷却气体。对于极冷的玻色-爱因斯坦凝聚，通常会使用其他技巧：最具能量的原子被快速移除，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。

“但我们使用了一种完全不同的技术，”该研究的第一作者张甜甜说，她在维也纳量子科学与技术中心博士学院的博士论文中研究了这个主题。 “我们创造了一种玻色-爱因斯坦凝聚体，然后通过在中间创建一个屏障将其分成两部分。”最终到达障碍物右侧和左侧的粒子数量尚未确定。由于量子物理定律，这里存在一定的不确定性。人们可以说双方都处于不同粒子数状态的量子物理叠加中。

“平均而言，恰好 50% 的粒子位于左侧，50% 位于右侧，”Maximilian Prüfer 说道。 “但量子物理学说，总是存在一定的波动。波动，即与预期值的偏差，与温度密切相关。”

通过控制波动进行冷却

维也纳工业大学的研究小组证明：玻色-爱因斯坦凝聚体的分裂无论是极其突然还是极其缓慢的分裂都不是最佳的。必须找到一种折衷方案，一种巧妙定制的方法来动态分裂凝聚物，以便尽可能地控制量子涨落。这是无法计算的：这个问题无法使用传统的计算机来解决。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，这反过来又会转化为你想要最小化的温度降低。

“这个系统中同时存在不同的温标，我们降低了其中一个非常特定的温标，”Maximilian Prüfer 解释道。 “所以你不能把它想象成一个总体上明显变冷的迷你冰箱。但这不是我们谈论的：抑制波动正是我们需要能够将我们的系统用作量子模拟器，甚至我们现在可以用它来回答以前无法回答的基础量子物理学问题。”