实验中使用的超流体波槽（蓝色）的电子显微镜图像，它与一根光纤耦合，用于将激光导入和导出该装置。放大图显示了光子晶体谐振器，它能够捕获并放大激光，从而产生波。整个装置的长度为100微米，大约相当于一根头发丝的宽度。这个微型波槽涂覆有5飞升的超流体氦（体积比一滴雨水小100亿倍）。图片来源：克里斯托弗·贝克博士

昆士兰大学的研究人员在一块硅芯片上创造了一个微型“海洋”，使波浪动力学研究更加微型化。该装置由昆士兰大学数学与物理学院研发，在一块比米粒还小的芯片上，注入了一层厚度仅为百万分之几毫米的超流氦。

该研究成果发表在《科学》杂志上。

克里斯托弗·贝克博士表示，这是世界上最小的造波池，超流氦的量子特性使其能够无阻力地流动，而不像水等传统流体那样，在如此小的尺度上会因粘性而无法移动。

贝克博士说： “几个世纪以来，流体运动的研究一直吸引着科学家们，因为流体动力学控制着一切，从海浪、飓风漩涡到我们体内血液和空气的流动。但波浪和湍流背后的许多物理原理一直是个谜。”

“利用激光驱动和测量我们系统中的波，我们观察到了一系列惊人的现象。我们看到了向后倾斜而不是向前倾斜的波、激波前沿，以及被称为孤子的孤立波，它们以凹陷而不是波峰的形式传播。这种奇异的行为在理论上已被预测，但从未见过。”

沃里克·鲍文教授表示，昆士兰量子光学实验室的芯片级方法可以将实验时间压缩一百万倍，将数据收集时间从几天缩短到几毫秒。

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“在传统实验室中，科学家使用长达数百米的巨型波浪水槽来研究海啸和疯狗浪等浅水动力学，”鲍文教授说道，“但这些设施只能达到自然界中波浪复杂性的一小部分?！?/span>

湍流和非线性波动影响着天气、气候，甚至风电场等清洁能源技术的效率。我们的微型设备将驱动这些复杂行为的非线性放大了10万倍以上。能够在芯片规模上以量子级精度研究这些效应，可能会彻底改变我们理解和模拟它们的方式。

鲍文教授表示，昆士兰大学的进展为可编程流体动力学开辟了一条道路，他解释说：“由于该系统中的几何形状和光场是使用与半导体芯片相同的技术制造的，因此我们可以非常精确地设计流体的有效重力、色散和非线性。

未来的实验可以利用这项技术发现新的流体动力学定律，并加速从涡轮机到船体等各种技术的设计。在这个微型平台上进行的实验将提高我们预测天气、探索能量级联甚至量子涡旋动力学的能力——这些问题是经典流体力学和量子流体力学的核心问题。

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