冷凍激光只可以對單個原子使用嗎？

01-01

可不可以對一個宏觀物體使用？

可以用於宏觀的物體，最近這方面的實驗進展很大，用光鑷技術冷卻微米到納米級別的顆粒都是可行的。

我寫過一篇科普文章《生命可以量子態嗎？薛定諤病毒告訴你》，其中簡述2011年前的理論與實驗進展。

在2009年，科學家們提出可以把某些病毒製備到量子疊加態，他們稱之為薛定諤病毒。這是首次有人提出可以把生命體製備到量子疊加態（如下圖所示），並給
出了實驗上可行的方案描述。這是一個突破性的進展。通過光鑷技術，可以把幾十個納米大小的病毒振子束縛在光勢阱中。這個病毒振子的運動幾乎是完全與環境脫
耦的，有可能通過光碟機動冷卻到基態，從而製備出薛定諤貓態。要知道，很多病毒是能夠在真空中生存的，且不會吸收光波的能量，適合被光鑷操控。因此如果我們
把病毒束縛在真空光鑷中，我們就可能製備出具有生物活性的系統的量子疊加態。這種量子疊加態與薛定諤當年提出的薛定諤貓態就幾乎一模一樣了。
在這篇論文發表不久，美國德州奧斯丁大學的李統藏等人就在實驗上實現了對微米小球的光鑷操控和測量。一年後同一個組又把小球的溫度冷卻到了1.5毫開爾
文。這一系列的實驗證實了，把病毒冷卻到接近量子基態，然後製備出薛定諤貓態是可行的。

後來，2013我又寫了一篇《在鑽石中養大薛定諤貓》，介紹了我們做的一個理論工作。同一年，我還寫了一篇綜述來介紹這個領域的進展：有關光束縛納米小球的綜述論文

在這篇論文中，我們詳細的介紹了在真空中光囚禁納米介質小球的實驗進展和理論發展，並探討了這個系統在高精密測量的實驗中可能的應用。我
們首先介紹了如何用光鑷技術在空氣和真空中囚禁微納米介質小球，如何探測其質心位置和速度，以及如何用反饋冷卻，直到豪開爾文。我們接下來總結了理論上的
邊帶冷卻方案，並討論了各種雜訊影響。然後討論了用邊帶冷卻到量子基態之後，如何製備各種新奇的量子狀態，比如Fock態，壓縮態，和位置疊加態，如何通
過干涉等方法探測量子態。最後，我們討論了用這個微納米小球作為靈敏的探測器，探測非牛頓引力效應、Casmir力、引力波，以及單分子碰撞等。

現在，已經到了在實驗上實現有生命物體的量子疊加態的的時候了：處於量子態的生命體。今年初，我發現歐洲47個科學家組成的團隊，提出要在太空研究宏觀量子疊加態相關的實驗。他們打算在太空中用激光實現對納米粒子束縛和三維冷卻，進而製備其宏觀量子疊加態，並觀察宏觀物體量子疊加態的量子干涉效應，以及有可能會出現的引力導致的退相干效應。整個項目預算3億歐元，預計在2025年完成。可惜，歐洲沒錢做，他們的申請被否決了。不過既然有人提出這個項目，以後條件允許了，應該有可能真的做出來。

1、玻色愛因斯坦凝聚中，冷凝原子數很久前就做到了10^5個，有幾年沒關注這個領域了，不知道目前的進展，你可以去看JILA的工作。

2、對「宏觀物體」冷卻和「宏觀量子效應」的研究是熱點，只不過這個「宏觀物體」是納米振子之類的東西，想了解詳情，可以查腔光力學方面的工作。

腔光力學系統本質上是一個介於微觀和宏觀之間的介觀體系. 一方面, 機械振子本身由大量的原子構成(典型數目有1014 個原子), 其振動是大量原子的集體行為, 具有經典性質; 另一方面, 機械振子可以做得非常小, 尺寸可以做到納米量級, 質量可以達到納克, 這樣的振子與弱的量子光場耦合還會產生可以觀測的量子行為,為了研究宏觀納米振子的量子特性, 一個最為基本的前提就是需要把振子冷卻到振動基態, 所以腔光力學系統的冷卻首先成為腔光力學的研究熱點.

現在機械振子可以被光場完全冷卻到振動基態 Nature, 2011, 478:89–92

冷凍直升機威武，EA就是科學