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潘建伟团队首次证明一种全新量子物态 为超冷原子量子模拟研究带来机遇,量子物理学新发现光学图形状态后可选性的硬限制,中国资讯网,ChinaNews360.com
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潘建伟团队首次证明一种全新量子物态 为超冷原子量子模拟研究带来机遇,量子物理学新发现光学图形状态后可选性的硬限制
2019年06月12日    阅读量:264    新闻来源:中国资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿

从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟院士及其同事陈宇翱、姚星灿与合作者组成的研究团队,首次在玻色-爱因斯坦凝聚体中观测到了极宽的d波势形散射共振,并间接证明了d波分子超流的存在。这一实验发现为超冷原子量子模拟研究带来了全新的机遇和挑战,同时也为研究高阶分波相互作用主导的少体及多体量子物理铺平了道路。日前该成果发表在国际学术期刊《自然·物理》上中国机械网okmao.com


粒子间的碰撞散射是一种基础而又重要的相互作用,无论是宇宙诞生之初的元素产生,还是日常生活中的化学反应,原则上都可以用散射的量子理论来描述。根据散射波函数的对称性,可以将散射过程分为各向同性的s波以及各向异性的p波、d波等高阶分波。与s波散射相比,由高阶分波主导的量子多体系统会展现出更为丰富有趣的现象,但由于高阶分波的散射过程过于复杂,理论计算所需要的资源大大超过了经典计算的能力,严重制约了对相关物理现象的理解。


研究团队首次在玻色-爱因斯坦凝聚体中观测到了一个极宽的d波势形共振。他们发现,在散射共振附近,玻色爱因斯坦凝聚体的寿命仍高达数百毫秒,远远大于多体系统的平衡时间。因此,该d波共振同时具备超冷、宽共振带宽、长寿命三大要素,为基于d波相互作用的量子模拟研究提供了一个绝佳的平台。


进一步的研究发现,当扫描磁场以一定速率穿过共振点时,系统实现了原子和d波分子之间的相干转化,自发出现了长寿命的集体激发振荡。通过细致的测量该集体振荡的频率、振幅、原子数目与扫描磁场速率的关系,研究团队证明了系统内部已经存在大量的超冷d波分子。


这一研究结果,表明d波分子已经形成了一种全新的量子物态——d波分子超流,也为未来研究d波分子超流奠定了基础。


自从20世纪初发现量子力学以来,物理学家一直依靠光学来检验其基本原理。即使在今天,线性量子光学——单个光子在镜子、波板和分束器中如何表现的物理学——在多党纠缠的观察、量子非局域性的测试以及解决有关现实本身本质的基本问题方面仍处于领先地位。众所周知,光线会避免相互作用。一束光不会轻易地影响到第二束光的任何东西——它们只是通过干扰叠加在一起,继续工作。到目前为止,量子力学测试依赖于我们产生光的状态的能力,在测量所有光子时,可以筛选出测量模式的一个子集——那些期望的相互作用已经发生的模式。物理学家称这种技术为“后选择”。


科学科普:布里斯托尔大学(University of Bristol)量子光子学中心(Centre for Quantum Photonics)的一个研究小组的新工作,揭示了通过后选择可以进行的量子运算的基本限制。随着物理学家建立越来越大的光量子态,仅使用后选择就能得到越来越少的纠缠态。布里斯托尔团队发现,随着后选择方案的复杂性增加,想要的交互状态(最初很容易从较大的状态筛选出来)开始表现得与噪声难以区分,这使得后选择成为不可能。每个光子都可以携带量子信息的一个量子比特,或称“量子位”,用于从量子计算到量子通信的各种应用。


纠缠态的一个重要类别是“图态”,之所以这样称呼是因为它们的纠缠可以被可视化为图的量子位节点之间的连接。研究人员将后可选性启发式应用于图形状态,将最多9个量子位的图形编入可后可选目录,结果发现这些图形不到总数的五分之一。对于更大的量子系统,这一比例预计将大幅下降,从而限制了当今量子光子技术所能达到的纠缠态,并加强了对产生和纠缠光子的新技术的需求,这项研究发表在2018年11月28日的《量子科学与技术》上。


这项新研究的主要作者杰里米阿德科克(Jeremy Adcock)表示:尽管我们的后选择规则表明,大多数州都是禁区,但它们也告诉我们如何构建最复杂的实验。领导该项目的乔舒亚·西尔弗斯通博士(Joshua Silverstone)是布里斯托尔大学(Bristol)的Leverhulme早期职业研究员表示:人们多年来就知道选后的问题,但值得注意的是,只有现在我们才能看到它的根本局限。后选择仍然有一些争论,但这项工作应该真正让人们思考光学量子技术的现代方法。


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