超精密测量的进展

仄升移液管和量子标尺赋予“小”字新的含义

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当科学家需要分配精确体积的液体时,他们会使用移液管。现有的移液管可以输送小至阿托升的液体体积——阿托升是千分之一的千分之一的千分之一升。

布鲁克海文国家实验室的物理学家Peter W. SutterEli A. Sutter通过构建一种移液管打破了这一下限,该移液管可以分配以仄升(千分之一阿托升)为单位测量的液滴。如此微小的体积可以包含少至10,000个到多达一百万个金属原子。

研究人员使用了一端带有金锗合金固体储层的锗纳米线。他们将两微米长的组件封装在碳壳中,碳壳构成了移液管。在真空室内,他们加热并熔化合金,然后将电子束瞄准碳壳的尖端。电子束在碳壳上钻出一个孔,熔融金属从孔中逸出,形成了一个直径达40纳米、体积为35仄升的微小液滴。


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如果以仄升为单位测量事物很困难,那么请考虑在经典物理学规则不再适用的尺度上进行测量。量子计量学——利用量子力学获得高精度测量的领域——使得日本北海道大学和英国布里斯托大学的物理学家在使用光子测量距离时,测量精度几乎提高了一倍。

科学家们在之前使用“纠缠”在相同量子叠加态的光子的工作基础上进行了研究。该团队将两对光子对导入干涉仪——一种利用镜子创建圆形光束路径的仪器,其中光波相互干涉。每个光子分裂,同时采取不同的路径。处于纠缠态的四个光子在一个方向上绕干涉仪循环,而另一组四光子在另一个方向上穿过环路。反向循环光子产生的干涉揭示了每组四光子行进距离的微小差异。

例如,当使用激光在计算机芯片上蚀刻超薄电路时,这种精密测量可能非常有用。

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