创造出光与物质相互作用的新记录!

广东经济新闻网 2019-10-08

来自威斯特大学曼德尔斯塔姆理论物理研究所和法国格勒诺布尔的尼尔研究所的一个国际物理学家团队,创造了一个微型超导电路,模拟原子吸收或发射光的量子力学过程,研究成果发表在《量子信息》(Quantum Information)上。

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装置的独特之处在于,他们实现了一种人造光与物质的相互作用。该团队由法国国家科学研究中心尼尔研究所的尼古拉斯·罗克领导,实验由博士生哈维尔·马丁内斯和塞巴斯蒂安·莱格进行。

创造出光与物质相互作用的新记录!

博科园:威茨大学的伊扎克·斯尼曼博士说,像我们这样的人工设备优势在于,它们很容易被调整,通过这种方式,可以模仿其他已知的强相互作用系统。一个令人兴奋的应用是使用设备来模拟发生在一块金属内部的量子现象,在那里不可能像在我们人工系统中那样近距离地观察正在发生什么。该团队通过将人造原子嵌入一组精心设计相同的微小超导体中,从而增强了光与物质的相互作用。每一种超导体的尺寸都在1000纳米左右。对于人工原子发出或吸收的光来说,这看起来像一个晶体,它大大降低了光的传播速度。因此,光脉冲与人工原子相互作用的时间更长,相互作用的结果也更强。

创造出光与物质相互作用的新记录!

为了确定光与物质相互作用的强度,研究小组研究了原子发光的速度。将这个速度与人造原子轨道上的“电子”速度进行了比较。正常氢原子中的电子在衰变并发出一束光之前绕轨道运行约1000万次,研究人员设法让人造原子衰变,并在仅经过10次振荡后发出一束光。这显示了光和原子之间惊人的强相互作用,在之前实现这一壮举的设备中,光必须通过的环境总是表现得类似于光的音叉,强烈倾向于单一的光频率。由于没有选择特定的频率(或颜色),环境允许从光与物质的相互作用中产生比以前设备丰富得多的行为。

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此外,对于一个给定的自然原子,人们被困在自然选择的相互作用强度中,而在新装置中,它可以用手调整。这类似于有一个应用程序,它允许人们调整质子或电子携带的电荷量,而不是满足于自然界规定的标准电荷量。虽然这种新设备不一定会在现实世界中得到应用,但Snyman相信它为科学家们提供了一套新工具来探索强相互作用的量子力学系统。物理学中许多悬而未决的基本问题都涉及到强相互作用。例如,夸克如何结合形成质子和中子?像这样的设备可能会为这些谜题提供线索。

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博科园-科学科普|研究/来自: 金山大学

参考期刊文献:《npj Quantum Information 》

DOI: 10.1038/s41534-018-0104-0

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