科學家使用鐳射將玻璃奈米顆粒懸浮並冷卻到量子區域，雖然它被困在室溫環境中，但粒子的運動完全受量子物理定律支配。來自維也納大學、奧地利科學院和麻省理工學院（MIT）的科學家團隊在《科學》期刊上發表了其該新研究成果。眾所周知，單個原子的量子性質可以用鐳射來控制和操縱。即使是由數億個原子組成的大原子雲也可以被推入量子區域，從而產生物質的巨集觀量子態。

如量子氣體或玻色-愛因斯坦凝聚體，這些物質今天也被廣泛用於量子技術。令人興奮的下一步是：將這種級別的量子控制擴充套件到固態物體。與原子雲相比，固體的密度要高出十億倍，所有原子都會沿著物體的質心一起運動。然而，進入這個新量子區域並不是一件簡單的事情，實現這種量子控制的第一步是：將被研究物體與環境的影響隔離，並移除所有熱能，通過將其冷卻到非常接近絕對零度（-273.15攝氏度）的溫度，以便量子力學主導粒子的運動。

為了證明這一點，研究人員選擇用比一粒沙子小約1000倍、包含數億個原子的玻璃奈米顆粒進行實驗。與環境的隔離是通過在高真空中，將粒子光學捕獲在緊密聚焦的鐳射束中實現，這一技巧最初是由諾貝爾獎獲得者阿瑟·阿什金(Arthur Ashkin)在幾十年前提出，也被用於隔離原子。維也納大學的主要作者烏羅斯·德利奇(Uros Delic)表示：真正的挑戰是將粒子運動冷卻到量子基態。

通過原子躍遷進行鐳射冷卻是公認的，對原子來說是一個自然選擇，但它對固體不起作用。出於這個原因，該研究團隊一直致力於實施一種鐳射冷卻方法。該方法由因斯布魯克大學的奧地利物理學家赫爾穆特·裡奇(Helmut Ritsch)提出，並由研究合著者弗拉丹·武利蒂奇（Vladan Vultic）和諾貝爾獎獲得者朱(Steven Chu)獨立提出。現在研究團隊宣佈了原理的第一個演示，通過相干散射來冷卻空腔。

然而，他們仍然被限制在遠離量子區域的地方工作。研究團隊已經升級了實驗，現在不僅可以去除更多的背景氣體，還可以傳送更多的光子進行冷卻。這樣，玻璃奈米顆粒的運動可以直接冷卻到量子區域。想想看很有趣：玻璃奈米顆粒表面非常熱，在300攝氏度左右，因為鐳射加熱了材料中的電子，但粒子質心的運動是超冷的，距離絕對零度在0.00001攝氏度左右，可以證明熱粒子以量子方式運動。

研究人員對研究的前景表示感到興奮，與維也納大學的團隊一起，世界各地的其他研究小組也對固體量子運動進行了研究。到目前為止，實驗系統由奈米和微機械諧振器組成，本質上是固定在剛性支撐結構上的鼓或跳板。維也納大學的合著者兼助理教授尼古拉·基塞爾(Nikolai Kiseel)說：鐳射懸浮帶來了更多的自由：通過改變光學陷阱，甚至關閉它，研究可以用全新的方式操縱奈米粒子運動。

在奧地利科學院物理學家Oriol Romero-Isart和因斯布魯克的Peter Zoller已經提出了幾個沿著這些路線的方案，現在可能成為可能了。例如，與新獲得的運動基態相結合，研究人員預計這將為前所未有的感測效能、量子熱機基本過程的研究，以及涉及大品質量子現象的研究開啟新機會。十年前在一種新的量子實驗前景推動下開始了這項實驗，現在科學家們終於打開了通往這一定律的大門。