近日,科学家已经在实验室制造出一种新的量子物体——量子“域墙”。
这一发现可以帮助研究人员研究量子粒子,并为未来的新技术开辟道路,如量子电子学或量子存储器。相关研究成果发表在《自然》期刊上。
“域墙”图片根据实验数据调整和添色,图片来自于芝加哥大学
Cheng Chin教授带领的芝加哥大学团队在实验时,注意到极低温度下,原子内部发生了一个有趣现象。该实验室主要研究新型量子系统及其基础物理。
在适当的条件下,原子组可以分离成域,在相遇的交界处形成一道“墙”。这道“域墙”的行为类似一个独立的量子物体。
“它有点像沙漠中的沙丘——沙丘由沙子组成,但沙丘就像一个物体,因为其行为不同于单个的沙粒。”论文第一作者Yao Kaixuan表示。
此前,科学家们在量子材料中看见过这些“域墙”,但无法进行可靠地生成和分析。芝加哥大学团队通过制造并研究“域墙”,观察到了奇特的行为。
“我们在控制原子方面有很多经验,”教授Chin说,“众所周知,如果把原子向右推,它们会向右移动。但在这里,如果你把‘域墙’向右推,它会向左移动。”
“域墙”是一类涌现(emergent)现象。简单来说,当一个实体被观察到具有其组成部分没有的属性时,涌现就出现了。
这意味着“域墙”似乎遵循着新的物理定律,它的反向移动是多个粒子作为一个集体共同作用的结果。
团队研究了“域墙”这类涌现现象,认为它们可以揭示一个定律(dynamical gauge theory),该定律描述了材料和早期宇宙中的涌现现象,同样的现象使第一批粒子聚集在一起,形成星系、恒星和行星。
这一领域的突破也使新的量子技术成为可能。“域墙”或许可以成为未来技术的基础,正如现代全球定位系统的基础,源于20世纪50年代的科学家试图验证爱因斯坦的相对论。
“这一现象(域墙)可能会在制造可编程的量子材料或量子信息处理器方面得到应用——它能用来创造一种更稳健的方式来存储量子信息,或使材料具备新的功能。”Chin表示,“但在我们找到答案之前,第一步是了解如何控制它们。”澎湃新闻记者 王蕙蓉
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