都柏林三一學院的物理學家提出了一種基于量子糾纏的溫度計，該溫度計可以精確測量比外層空間溫度低十億倍的溫度。

這些超冷溫度出現在原子云(稱為費米氣體)中，費米氣體是科學家創(chuàng)造的，用于研究物質在極端量子態(tài)下的行為。

這項工作由三位一體的QuSys團隊與博士后研究員Mark Mitchison博士，Giacomo Guarnieri博士和John Goold教授共同領導，與Steve Campbell教授(UCD)和Thomas Fogarty博士以及Thomas Osch博士在OIST合作，日本沖繩。

他們的結果剛剛在著名的《物理評論快報》上作為編輯建議發(fā)表。

Trinity QuSys小組負責人Goold教授在討論該提案時，解釋了什么是超冷氣體。他說：

“物理學家思考氣體的標準方法是使用一種稱為統(tǒng)計力學的理論。該理論是19世紀的麥克斯韋和玻爾茲曼等物理學巨人發(fā)明的。這些家伙復興了希臘哲學家的古老觀念?？梢酝ㄟ^原子的微觀運動來理解諸如壓力和溫度之類的宏觀現象。我們需要記住，當時，由原子構成物質的想法是革命性的。”

他繼續(xù)說：“在20世紀初，另一種理論誕生了。這是量子力學，它可能是我們在物理學中擁有的最重要和最準確的理論。量子力學的一個著名預測是，單原子會獲得波，像特征一樣，這意味著在臨界溫度以下，它們可以與其他原子結合成具有奇特性質的單個宏觀波。這一預測導致了長達一個世紀的實驗性探索以達到臨界溫度。創(chuàng)造了第一批超冷氣體，該氣體經過激光冷卻(1997年諾貝爾獎)并被強磁場捕獲，這一壯舉獲得了2001年諾貝爾獎。”

他補充說：“像這樣的超低溫氣體現在在全世界的實驗室中被常規(guī)生產，并且它們具有許多用途，從測試基本的物理理論到檢測引力波。但是它們的溫度在納米開爾文及以下的溫度令人難以置信!您的想法是，一個開爾文溫度為-271.15攝氏度。這些氣體的溫度比該氣體低十億倍-宇宙中最冷的地方，是在地球上產生的。

那么費米氣體到底是什么?他解釋說：“宇宙中的所有粒子，包括原子，都屬于“玻色子”和“費米子”兩種類型之一。”費米氣體包含費米子，以物理學家恩里科·費米命名。在非常低的溫度下，玻色子和費米子的行為完全不同。玻色子喜歡聚在一起，而費米子則相反。他們是最終的社交距離!這種特性實際上使它們的溫度難以測量。”

一種奇怪的狀態(tài)，探針原子同時與氣體發(fā)生相互作用，而不會與氣體發(fā)生相互作用。我們證明了這種疊加隨時間的變化對溫度非常敏感。”

賈科莫·瓜納里(Giacomo Guarnieri)博士給出了以下類比：“溫度計只是一個系統(tǒng)，其物理特性會以可預測的方式隨溫度變化。例如，您可以通過測量玻璃管中汞的膨脹來測量身體的溫度。溫度計的工作方式類似。但是，我們用汞代替了汞，而是測量了與量子氣體糾纏(或相關)的單個原子的狀態(tài)。”

UCD的史蒂夫·坎貝爾(Steve Campbell)教授說：“這不只是一個遙遠的想法-我們在這里提出的建議實際上可以使用現代原子物理學實驗室中可用的技術來實現?？梢詼y試這種基本物理學確實令人驚訝。在各種新興的量子技術中，像我們的溫度計這樣的量子傳感器可能會產生最直接的影響，因此這是一項及時的工作，因此，《物理評論快報》的編輯著重指出了這一點。”

戈爾德教授補充說：“事實上，之所以強調該論文，原因之一就是我們進行了計算和數值模擬，并且特別關注了奧地利幾年前在《科學》雜志上發(fā)表的一項實驗。是捕獲的鋰原子的稀薄氣體與鉀雜質接觸。實驗人員能夠利用射頻脈沖控制量子態(tài)，并測量出有關氣體的信息。這些是其他量子技術中通常使用的操作。可訪問的時間尺度簡直是驚人的，并且在傳統(tǒng)的凝聚態(tài)物理實驗中將是前所未有的。我們很高興我們的想法可以將這些雜質用作具有高精度的量子溫度計，并且可以通過現有技術來實施和測試。”