新加坡科技设计大学 (SUTD) 的研究人员发现了环境如何影响高度灵感的量子行为，这可能会导致未来超导材料和量子设备（如超精密传感器）设计的创新。他们的这一研究成果发表在近期的《Chaos》杂志上。

量子技术尤其是量子传感技术有望以前所未有的捕获精度测量我们的世界。这种精度具有多种应用，从更快、更灵敏的医学成像到高频市场交易的记录时间，甚至还可以用来开发探测我们脚下的地面是固体岩石还是储藏有天然油气的传感器。

然而，尽管它具有很多理论上的潜力，但在生产量子精密测量设备时仍存在一个相当大的实际挑战，即控制环境对它们造成的影响。真正的量子设备对环境噪声极其敏感，这会降低其测量的精度水平，最坏的情况可能会出现无法接受的错误。在制作超精密传感器时，这种噪声可能会淹没任何有用的信号。

了解量子设备如何响应噪声将有助于研究人员找到保护设备免受噪声影响的新方法，从而使新颖的测量和传感技术更加可行。除了提高准确性外，研究人员甚至还可以赋予量子器件新的性能。在SUTD负责这项研究的Dario Poletti副教授解释说：“如果你可以调整这些设备所含的噪声量，你就可以让它们的功能大不相同，从而得到一个更有趣的设备。”

例如，几十年来科学家们已经知道系统中的紊乱会导致一种被称为“本地化”的现象，即系统会“卡住”在初始状态。另一方面，当系统中的粒子间有强烈的相互作用时，它们就有可能变得“不粘连”（也就是出现离域）。为了研究这种紊乱和相互作用，Poletti和博士生徐先松(音译)添加了第三个变量：环境。

他们从海森伯XXZ自旋链的理论模型入手，研究人员对比发现环境可能会对“本地化”产生影响，这取决于系统中紊乱和相互作用的强度。对模型进行数值计算后，他们发现将系统与耗散环境（如光子浴）接触，会将系统往离域方向发展，并使其变得更灵活像水一样具有流动性和一致性。

重要的是，他们还发现虽然弱相互作用和强相互作用的系统仍然显示出局部化的迹象，但局部化的类型却出人意料的不同，一种更粘稠像颗粒状的沙子，另一种更均匀但是仍然沾着像冰一样。

这一发现表明，某些材料的特性可以通过改变外部环境进行调整。例如，研究人员可能能通过向其照射光将材料从绝缘体变为导体，或者将材料从一种绝缘体变成另一种绝缘体。其应用范围已经超越了量子技术、材料科学和纳米电子学。Poletti说：“现在已经有了量子器件，我们还将会看到越来越多的量子器件......这些设备从未真正与其环境隔离，因此我们希望更好地了解它们是如何与环境协同工作的。”

他还补充说：“现在的目标是更深入的挖掘并寻找不同的系统，或者寻找真正的材料，看看在那里还能发生什么......这种研究已经进行了很多年，我们正在尝试建立基础知识和工具，以便产业能最终掌握它们。”（编译: Qtech）