重磅突破：無需超導體！原子+激光模擬量子效應，竟重現(xiàn)諾獎技術

量子電腦、腦磁圖（MEG）這些技術聽起來高大上，但它們背后都離不開一個叫約瑟夫森結的小零件。這個零件藏在超導體里，能實現(xiàn)超精準測量，還定義了全球電壓標準。可它內部的量子過程太小，直接觀察幾乎做不到。最近德國Kaiserslautern-Landau大學的團隊換了個思路——用超冷原子和激光，把約瑟夫森效應“復刻”出來了。

約瑟夫森結：簡單結構里的超強量子效應

約瑟夫森結看起來不復雜：兩個超導體中間夾一層比紙還薄的絕緣層。但量子力學在這起了作用——電子能“穿過”絕緣層（量子隧穿），產生穩(wěn)定的電流。

這效應有多重要？

MEG能測大腦磁場，靠的就是約瑟夫森結的超高靈敏度；

全球電壓單位“伏特”，也是用它的特性定義的；

量子電腦里，它是核心邏輯元件之一。

但超導體里的量子變化太細微，想直接看清楚，比大海撈針還難。

用原子“模擬”，讓量子過程變“可見”

科學家想到了量子模擬——用一個好研究的系統(tǒng)，模擬另一個難研究的系統(tǒng)。這次他們不用超導體，改用玻色愛因斯坦凝聚體（BEC）：把原子冷卻到接近絕對零度，原子會變成一團“同步運動”的云。

他們把兩團BEC分開，中間用聚焦激光做了個極薄的“光學屏障”，還讓激光周期性移動。這個裝置里：

激光屏障相當于約瑟夫森結的絕緣層；

移動的激光相當于給結加了微波輻射（常規(guī)約瑟夫森結里的驅動）。

結果居然和真實約瑟夫森結一模一樣——原子云里出現(xiàn)了沙弗臺階。

沙弗臺階：量子效應的通用信號

沙弗臺階是約瑟夫森結的標志性特征：電壓會出現(xiàn)一個個“平臺”，每個平臺的電壓只和兩個基本常數(shù)（普朗克常數(shù)、電子電荷）以及驅動頻率有關。全球電壓標準就是靠這個定義的。

這次原子系統(tǒng)里也出現(xiàn)了清晰的沙弗臺階，說明這個效應不是超導體獨有的，是通用量子現(xiàn)象。領導實驗的HerwigOtt說：“我們第一次在原子系統(tǒng)里看到了這個效應，證明它跨系統(tǒng)存在。”

未來：原子電路可能替代電子電路？

團隊下一步想把多個原子結連起來，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動，適合研究量子相干效應（比如量子疊加、糾纏）。

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

原來量子效應不止藏在固體超導體里，超冷原子云也能“復刻”。這不僅幫我們看清了約瑟夫森結的內部，還打開了原子電路的新方向。你覺得未來原子電路會走進我們的生活嗎？留言聊聊你的想法～