量子電腦、腦磁圖（MEG）這些技術(shù)聽(tīng)起來(lái)高大上，但它們背后都離不開(kāi)一個(gè)叫約瑟夫森結(jié)的小零件。這個(gè)零件藏在超導(dǎo)體里，能實(shí)現(xiàn)超精準(zhǔn)測(cè)量，還定義了全球電壓標(biāo)準(zhǔn)?？伤鼉?nèi)部的量子過(guò)程太小，直接觀察幾乎做不到。最近德國(guó)Kaiserslautern-Landau大學(xué)的團(tuán)隊(duì)換了個(gè)思路——用超冷原子和激光，把約瑟夫森效應(yīng)“復(fù)刻”出來(lái)了。

約瑟夫森結(jié)：簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)里的超強(qiáng)量子效應(yīng)

約瑟夫森結(jié)看起來(lái)不復(fù)雜：兩個(gè)超導(dǎo)體中間夾一層比紙還薄的絕緣層。但量子力學(xué)在這起了作用——電子能“穿過(guò)”絕緣層（量子隧穿），產(chǎn)生穩(wěn)定的電流。

這效應(yīng)有多重要？

MEG能測(cè)大腦磁場(chǎng)，靠的就是約瑟夫森結(jié)的超高靈敏度；

全球電壓?jiǎn)挝弧胺亍保彩怯盟奶匦远x的；

量子電腦里，它是核心邏輯元件之一。

但超導(dǎo)體里的量子變化太細(xì)微，想直接看清楚，比大海撈針還難。

用原子“模擬”，讓量子過(guò)程變“可見(jiàn)”

科學(xué)家想到了量子模擬——用一個(gè)好研究的系統(tǒng)，模擬另一個(gè)難研究的系統(tǒng)。這次他們不用超導(dǎo)體，改用玻色愛(ài)因斯坦凝聚體（BEC）：把原子冷卻到接近絕對(duì)零度，原子會(huì)變成一團(tuán)“同步運(yùn)動(dòng)”的云。

他們把兩團(tuán)BEC分開(kāi)，中間用聚焦激光做了個(gè)極薄的“光學(xué)屏障”，還讓激光周期性移動(dòng)。這個(gè)裝置里：

激光屏障相當(dāng)于約瑟夫森結(jié)的絕緣層；

移動(dòng)的激光相當(dāng)于給結(jié)加了微波輻射（常規(guī)約瑟夫森結(jié)里的驅(qū)動(dòng)）。

結(jié)果居然和真實(shí)約瑟夫森結(jié)一模一樣——原子云里出現(xiàn)了沙弗臺(tái)階。

沙弗臺(tái)階：量子效應(yīng)的通用信號(hào)

沙弗臺(tái)階是約瑟夫森結(jié)的標(biāo)志性特征：電壓會(huì)出現(xiàn)一個(gè)個(gè)“平臺(tái)”，每個(gè)平臺(tái)的電壓只和兩個(gè)基本常數(shù)（普朗克常數(shù)、電子電荷）以及驅(qū)動(dòng)頻率有關(guān)。全球電壓標(biāo)準(zhǔn)就是靠這個(gè)定義的。

這次原子系統(tǒng)里也出現(xiàn)了清晰的沙弗臺(tái)階，說(shuō)明這個(gè)效應(yīng)不是超導(dǎo)體獨(dú)有的，是通用量子現(xiàn)象。領(lǐng)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的HerwigOtt說(shuō)：“我們第一次在原子系統(tǒng)里看到了這個(gè)效應(yīng)，證明它跨系統(tǒng)存在?！?/p>

未來(lái)：原子電路可能替代電子電路？

團(tuán)隊(duì)下一步想把多個(gè)原子結(jié)連起來(lái)，做原子電路——讓原子代替電子在電路里跑。原子電路的好處是能直接觀察原子運(yùn)動(dòng)，適合研究量子相干效應(yīng)（比如量子疊加、糾纏）。

現(xiàn)在他們還想復(fù)制其他電子元件（比如電阻、電容），搞清楚原子版本的微觀原理。

原來(lái)量子效應(yīng)不止藏在固體超導(dǎo)體里，超冷原子云也能“復(fù)刻”。這不僅幫我們看清了約瑟夫森結(jié)的內(nèi)部，還打開(kāi)了原子電路的新方向。你覺(jué)得未來(lái)原子電路會(huì)走進(jìn)我們的生活嗎？留言聊聊你的想法～