量子技术迎来突破 研究人员首次实现劳克林态

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20 世纪 80 年代量子霍尔效应的发现揭示了被称为「劳克林态」的新物质形式,该物质以美国诺贝尔奖获得者的名字命名,他成功地从理论上描述了这种效应。这些奇特的状态独特地出现在二维材料中,在极冷的条件下,并且当受到极强的磁场时。 在劳克林态下,电子构成了一种不寻常的液体,其中每个电子围绕其同系物舞动,同时尽可能地避开它们。

被激光操纵的超冷原子实现了劳克林状态,这是一种奇特的量子液体,每个原子都在其同系物周围跳舞。资料来源:Nathan Goldman

激发这样的量子液体会产生集体状态,物理学家将其与虚拟粒子联系起来,这些粒子的性质与电子截然不同:这些「任意子」携带分数电荷(基本电荷的一小部分),并且令人惊讶的是,它们在以下方面违背了粒子的标准分类: 玻色子或费米子。

多年来,物理学家一直在探索在固态材料之外的其他类型系统中实现劳克林态的可能性,以进一步分析其特殊性质。 然而,所需的成分(系统的二维性质、强磁场、粒子之间的强相关性)被证明极具挑战性。

哈佛 Markus Greiner 实验小组周围的一个国际团队在《自然》杂志上撰文,报告了首次利用激光操纵的超冷中性原子实现了劳克林态。

该实验包括将一些原子捕获在光学盒中,并实现创建这种奇异状态所需的成分:强合成磁场和原子之间的强排斥相互作用。

在他们的文章中,作者通过强大的量子气体显微镜对原子进行逐个成像,揭示了劳克林态的特徵性质。 他们展示了相互绕轨道运行的粒子的奇特「舞蹈」,以及实现的原子劳克林态的分数性质。

这一里程碑为量子模拟器中探索劳克林态及其近亲(例如所谓的摩尔-里德态)的广阔新领域打开了大门。 考虑到在实验室中利用任意子的独特性质,在量子气体显微镜下创建、成像和操纵任意子的可能性特别有吸引力。

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