代爾夫特理工大學(xué)的研究人員創(chuàng)建了一個量子電路，使他們能夠收聽量子力學(xué)所允許的最弱的無線電信號。這種新的量子電路為射電天文學(xué)和醫(yī)學(xué)(MRI)等領(lǐng)域的未來可能應(yīng)用打開了大門。它還使研究人員能夠進行實驗，以闡明量子力學(xué)與重力之間的相互作用。

在生活中的某個時刻，所有人都為無線電信號微弱而煩惱：我們在車上最喜歡的歌曲變成噪音，離我們的wifi路由器太遠，無法查看我們的電子郵件。我們通常的解決方案是使信號更大，例如，通過選擇另一個廣播電臺或移到客廳的另一側(cè)。但是，如果我們可以更仔細地聽呢?

弱無線電信號不僅對試圖找到自己喜歡的廣播電臺的人構(gòu)成挑戰(zhàn)，而且對醫(yī)院的磁共振成像(MRI)掃描儀以及科學(xué)家用來窺視太空的望遠鏡也構(gòu)成挑戰(zhàn)。

在無線電頻率檢測中的一個量子“飛躍”中，位于代爾夫特的加里•斯蒂爾教授的研究人員演示了對光子或能量量子的檢測，這是量子力學(xué)理論所允許的最弱的信號。

量子塊

量子力學(xué)的奇怪預(yù)測之一是能量來自稱為“量子”的微小小塊。這是什么意思?首席研究員馬里奧·吉利說：“假設(shè)我要把孩子推到秋千上。”“在古典物理學(xué)理論中，如果我想讓孩子走得更快一點，我可以給他們一點推動力，讓他們更快的速度和更多的能量。量子力學(xué)說的則有所不同：我只能增加孩子的能量。一次的“量子步長”。不可能將其增加一半。”

對于搖擺的孩子來說，這些“量子步幅”是如此之小，以至于它們太小而無法察覺。直到最近，無線電波也是如此。但是，代爾夫特的研究小組開發(fā)了一種電路，該電路實際上可以檢測射頻信號中的這些能量，從而打開了在量子水平上感測無線電波的潛力。

從量子無線電到量子引力？

除了在量子感測中的應(yīng)用之外，代爾夫特的研究小組還對將量子力學(xué)提升到一個新的水平感興趣：質(zhì)量。盡管量子電磁學(xué)理論是在近100年前發(fā)展起來的，但如今物理學(xué)家仍對如何將重力適合量子力學(xué)感到困惑。

吉利說：“使用我們的量子無線電，我們想嘗試聽和控制重物的量子振動，并嘗試探索將量子力學(xué)和重力混合在一起會發(fā)生什么。”“這樣的實驗很難，但是如果成功，我們將能夠測試是否可以使時空本身進行量子疊加，這是一個可以檢驗我們對量子力學(xué)和廣義相對論的理解的新概念。”