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天天播報:量子技術迎來突破研究人員首次實現勞克林態

2023-07-01 15:46:42 來源：cnBeta

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20 世紀 80 年代量子霍爾效應的發現揭示了被稱為“勞克林態”的新物質形式，該物質以美國諾貝爾獎獲得者的名字命名，他成功地從理論上描述了這種效應。這些奇特的狀態獨特地出現在二維材料中，在極冷的條件下，并且當受到極強的磁場時。在勞克林態下，電子構成了一種不尋常的液體，其中每個電子圍繞其同系物舞動，同時盡可能地避開它們。

被激光操縱的超冷原子實現了勞克林狀態，這是一種奇特的量子液體，每個原子都在其同系物周圍跳舞。資料來源：Nathan Goldman

激發這樣的量子液體會產生集體狀態，物理學家將其與虛擬粒子聯系起來，這些粒子的性質與電子截然不同：這些“任意子”攜帶分數電荷（基本電荷的一小部分），并且令人驚訝的是，它們在以下方面違背了粒子的標準分類：玻色子或費米子。

多年來，物理學家一直在探索在固態材料之外的其他類型系統中實現勞克林態的可能性，以進一步分析其特殊性質。然而，所需的成分（系統的二維性質、強磁場、粒子之間的強相關性）被證明極具挑戰性。

哈佛 Markus Greiner 實驗小組周圍的一個國際團隊在《自然》雜志上撰文，報告了首次利用激光操縱的超冷中性原子實現了勞克林態。

該實驗包括將一些原子捕獲在光學盒中，并實現創建這種奇異狀態所需的成分：強合成磁場和原子之間的強排斥相互作用。

在他們的文章中，作者通過強大的量子氣體顯微鏡對原子進行逐個成像，揭示了勞克林態的特征性質。他們展示了相互繞軌道運行的粒子的奇特“舞蹈”，以及實現的原子勞克林態的分數性質。

這一里程碑為量子模擬器中探索勞克林態及其近親（例如所謂的摩爾-里德態）的廣闊新領域打開了大門。考慮到在實驗室中利用任意子的獨特性質，在量子氣體顯微鏡下創建、成像和操縱任意子的可能性特別有吸引力。

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