物理學家創造了一種新的物質狀態

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將銣原子的氣體冷卻到絕對零度以上的一億分之一度或更低,就會發生一些奇怪的事情。原子失去它們的個體性併合併成一個單一的量子態,形成所謂的玻色-愛因斯坦凝聚態 (BEC)。在這種凝聚態中,原子無摩擦地流動,賦予超冷氣體超流動的特性。自 1995 年以來,科學家們就已經瞭解了很多,當時國家標準與技術研究所的埃裡克·A·康奈爾和他的同事在實驗室中建立了第一個 BEC,這一成就為他們贏得了 2001 年的諾貝爾物理學獎。現在,新的研究使這項工作更進一步,揭示了令人驚訝的 BEC 行為。 看來,在某些條件下,凝聚態會發生可逆的量子相變,從超流體轉變為圖案化的流體,這是一種新型的物質。今天在《自然》雜誌上宣佈的這一發現可能有助於構建量子計算機。

為了誘導他們的銣 BEC 切換狀態,德國慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學的馬庫斯·格雷納和他的同事將量子氣體置於光晶格中,這是一種由雷射束產生的三維光干涉圖案。在超流體相中,銣原子在這個高能峰和低能谷的景觀中自由移動,每個谷中 settling 的原子數量各不相同。但是,當研究人員增加構成光晶格的雷射束的強度時,從而增高了能量景觀的峰值,原子失去了自由,每個原子都被困在一個谷中,迫使超流體進入絕緣相。降低雷射場的強度會降低峰值並釋放原子,使氣體恢復到超流體狀態。

在《自然》雜誌報告的評論中,荷蘭烏得勒支大學的物理學家亨克·T·斯托夫指出,在絕緣相中建立的理想單原子陣列適合量子計算。“每個銣原子都有一個磁矩,因此具有兩個內部狀態,可以用作量子位的 0 和 1,”他寫道。鑑於光晶格中存在大量的銣原子,他說,它們可以為量子計算機提供記憶體。此外,“如果有兩個這樣的記憶體可以相對於彼此移動,我們甚至可以利用原子之間的相互作用來進行量子計算,”斯托夫沉思道。“實現這個令人興奮的目標的第一步現在已經邁出。”

Kate Wong is an award-winning science writer and senior editor at 大眾科學 focused on evolution, ecology, anthropology, archaeology, paleontology and animal behavior. She is fascinated by human origins, which she has covered for more than 25 years. Recently she has become obsessed with birds. Her reporting has taken her to caves in France and Croatia that Neandertals once called home, to the shores of Kenya's Lake Turkana in search of the oldest stone tools in the world, to Madagascar on an expedition to unearth ancient mammals and dinosaurs, to the icy waters of Antarctica, where humpback whales feast on krill, and on a "Big Day" race around the state of Connecticut to find as many bird species as possible in 24 hours. Kate is co-author, with Donald Johanson, of Lucy's Legacy: The Quest for Human Origins. She holds a bachelor of science degree in biological anthropology and zoology from the University of Michigan. Follow Wong on X (formerly Twitter) @katewong

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