盘点2017年量子物理的发展

　　1.简单量子计算机：量子计算机正在火热研究中，它将具有超越现代计算机的某些能力，但实际上量子计算机的研发还面临一些复杂的问题，过去的研究大部分都基于实验室激光器或其他纯净设备。苏赛克斯大学（University of Sussex）研究人员最近也制作出一个。理论上，量子计算机并不需要在那么极端的条件下或者那么大的体积下运行。

　　2.时间晶体：时间晶体是2017年首次提出的一种真正的量子物体，它是一种独特的物质状态，和量子捆绑的一组离子会在周期内重复振动或振荡，只要满足需要的条件，时间晶体就会被锁在某一时刻。无论注入多少能量，时间晶体不会升温，它的熵也不会增加，这违背了通常的热力学定律（熵增原理：孤立热力学系统的熵不减少，总是增大或者不变）。

　　3.超冷粒子：量子物理学多少算是一门研究在外力或能量的微小干扰下很小的事物会发生怎样的相互作用。因此，为了更有效地研究关于量子力学的实验，研究人员需要将小粒子群冷却到不足以发生振动的程度。长期以来，研究人员一直在用激光来减慢速度并消耗能量。现在有项新技术，在分子被激光减速之前利用磁场将其捕获，这方法更适用于很多种类的分子。

　　4.中微子对称性：冰立方中微子天文台最新成果是在南极冰层下1.45公里的实验室里研究了很难探测到的粒子，并发现中微子质量的奇怪对称性。中微子分为三种类型：介子、涛子微中子和电子，它们的质量分为三种“特征态”。一种似乎是由大多数电子中微子组成，另一种则是由这三种中微子几乎同等混合而成的。但是新证据表明，第三种是由介子和涛子微中子均分构成，这种对称性是科学家们仍然无法解释的现象。

　　5.双重粲粒子：在日内瓦附近27公里地下环的原子粉碎大型强子对撞机进行的实验揭示了重子或三夸克粒子——由两个重的粲夸克和一个轻的上夸克组成。这种难以捉摸Xi-cc-plus-plus粒子的出现也验证了标准模型的预测，这种模型是解释亚原子粒子的主导理论。理论物理学家乔纳森?罗斯纳和马雷克?卡琳在之前就研究出一种估计尚未发现的重子质量的方法，这个实验跟他们的预测结果非常接近。

　　6.爆炸性的量子秘密：当罗斯纳和卡琳的方法被证明有效时，他们也可以在其他环境中应用这个方法。有个值得注意的例子是他们发现两个超重的底夸克有可能融合在一起而形成一个核子，并释放出大量能量，相当于7.6倍原子弹中单个氢聚变反应的能量。卡琳告诉《生活科学》（Live Science），这个发现让他感到害怕，在确定无法利用这个方法来制造武器之前他都会考虑对此保密。

　　7.难以捉摸的四夸克态：罗斯纳和卡琳利用测定理论粒子质量的方法预测了强子——由四个夸克组成的四夸克粒子，而不是在重子中发现的三夸克粒子，可以以最纯粹的形式存在，他们甚至预测了它的质量。同时，他们的研究也为未来大型强子对撞机的实验研究指明了方向，这些实验迟早会揭示出地球上真实的四夸克。

　　8.粒子加速器：自1925年以来，研究人员一直怀疑，闪电中的电子级联可能会引发原子分裂，但在2017年，研究人员首次证明闪电是一个巨大的反物质工厂，雷暴中的闪电会引发一连串的活动，甚至导致中子和周围的氮原子与氧原子分离，这一过程会留下不稳定的、有放射性的同位素，并且在地面上的阵雨可以探测到中微子和反物质，这是由于反物质遇到物质湮灭时发出的伽马射线。

　　9．远距离量子纠缠：今年夏天，中国的墨子卫星开始发射和接收来自和到达地球的量子粒子，这打破了分离纠缠粒子的记录。墨子将一对纠缠并相距1203公里的量子连接的质子送到地球上的基站，这是为量子互联网建立安全加密的第一步。

　　10.量子隐形传态：在墨子纠缠宣布的一个月内，墨子团队宣布了另一项成就：量子将地球基站上的质子信息传送到轨道卫星上的质子，这是未来量子网络必须实现的长距离信息传输。

　　11.原子钟：测量时间很难。对于非常精确的时间测量，研究人员需要可以测量精确事件的时钟——原子的振荡。但是，这些时钟在几百亿年的时间里也会误上几秒，这对于某些实验来说太不精确。2017年的新原子钟会在测量之前冷却大量的原子，这样可以达到900亿年内只损失1秒的精度。

　　12.量子信息：把量子信息的痕迹从地面传送到卫星上是一回事，通过混乱的城市空气发送实际有用的量子信息是另一回事。渥太华大学（University of Ottawa）的研究人员实现了将两个相距300米的建筑之间的信息和光子的传递。

　　13.量子计算问题：科学家们首次指出量子计算机可以破解普通电脑无法解决的难题，哈佛大学和马里兰大学的两个团队独立建立了量子仿真器，它可以实现超级计算机无法做到的复杂量子磁力的模拟。

　　14.最薄液体：正常的液滴是靠分子间的电磁力保持形状，不会像气体那样改变体积。但是一个团队研发出一种新型的液滴，非常稀疏，所以具有气体的某些性质。这种液滴是通过量子涨落保持分子间的结合，量子涨落指在纯粹空间中粒子在量子水平上的波动。

　　15.熵的逆转：热量从高温物体流向低温物体，这也是热力学第二定律，因为宇宙总是倾向变得更无序。研究人员第一次证明在三氯甲烷分子中可以利用量子规律实现热流从冷碳原子向热氢原子的转移，这暂时违背了宇宙小角落的混乱流，直到原子间的量子连接开始衰变。