以色列理工学院揭秘量子隧道新技术

以色列理工学院揭秘量子隧道新技术

以色列理工学院物理系的Yoav Sagi教授和他的博士生Yanay Florshaim领导的一项突破性实验，利用量子隧道技术实现了原子的精确移动。这项研究不仅展示了如何通过光学镊子在不同位置间转移原子，还揭示了量子世界的独特现象——量子隧道效应。这项技术有望推动量子计算和量子通信的发展，为未来的科技创新铺平道路。

量子隧道效应是指微观粒子如光子、电子在能量不足以越过势垒的情况下，仍有一定概率穿过该势垒的奇特现象。这一效应是量子力学中最具代表性的现象之一，也是量子计算和量子通信的基础。

在量子世界中，微观粒子不仅具备粒子性质，还具备波的特性，这种现象被称为波粒二象性。当这些粒子遇到一个较高的能量势垒时，其波函数会发生变化，形成反射波和透射波。透射波代表粒子穿过势垒的部分，而这正是量子隧穿效应的直观体现。

这一效应最早通过阿秒级的光脉冲技术得到实验证实。德国科学家通过短暂的光脉冲观察到氖原子内的隧穿现象，从而有效验证了量子隧穿的存在。此外，扫描隧道显微镜（STM）是量子隧穿效应的一项重要应用。STM利用原子级导电探针的工作原理，当探针与样品表面原子间距达到纳米级别时，便会发生显著的隧穿电流，从而实现高分辨率成像。

以色列理工学院（Technion）在量子科技领域有着深厚的研究基础。此次突破性实验展示了如何通过光学镊子在不同位置间转移原子，进一步推动了量子技术的发展。

Yoav Sagi教授和他的团队利用量子隧道效应，成功实现了原子的精确移动。他们使用光学镊子，通过激光束精确控制原子的位置，使其在不同位置间转移。这一技术突破为量子计算和量子通信的实现提供了新的可能性。

以色列理工学院在量子科技领域的研究一直走在世界前列。该校的物理系和工程学院在量子计算、量子通信和量子测量等方面都有深入的研究。此次突破性实验再次证明了以色列在量子科技领域的实力。

量子计算以量子比特为基本单元，利用量子叠加和干涉等原理实现并行计算，能在某些计算复杂问题上提供指数级加速。谷歌等科技巨头在量子芯片领域持续领跑，其最新发布的Wilow芯片在T1时间（测量量子比特可以保留激发的时间长短）上达到了接近100微秒，比之前的Sycamore芯片提升了5倍。

在国内，科大国盾、本源量子等企业也在积极布局量子计算领域。科大国盾主要从事量子通信、量子计算、量子精密测量产品的研发、生产和销售，而本源量子则聚焦量子计算产业生态建设，打造自主可控工程化量子计算机。

量子通信利用量子纠缠效应，在经典通信辅助下实现密钥分发或信息传输，理论层面具有可证明安全性。基于量子密钥分发（QKD）和量子安全直接通信（OSDC）等方案的量子保密通信初步实用化，新型协议和实验系统的研究持续活跃。

量子测量对外界物理量变化导致的微观系统量子态变化进行调控和观测，实现精密传感测量，精度、灵敏度和稳定性等核心指标比传统技术有数量级提升。主要应用场景涵盖国防军工、航空航天、地质/资源勘测和生物医疗等众多行业领域，多种样机产品进入实用化与产业化阶段。

量子科技的发展和应用具有重大战略意义和科学价值，已成为全球主要国家在前沿科技和未来产业领域的政策布局和投资推动的重点方向之一。以色列理工学院的这一突破性实验，不仅展示了量子隧道技术的新进展，也为量子计算和量子通信的未来发展开辟了新的道路。

随着量子计算机硬件的不断升级和算法的不断优化，更多的软硬件企业将投身于量子计算领域，并推动量子计算在不同行业的广泛应用。量子计算将在金融、医疗、材料科学等领域最先发挥作用，为下游行业带来颠覆性的创新。与此同时，产业链上的合作与竞争也将更加激烈，投资和创新以及庞大的市场需求将成为推动产业前进的关键驱动力。