控制量子-模拟揭示了粒子如何相互作用的细节

时间:2020-06-16 17:45 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

控制量子-模拟揭示了粒子如何相互作用的细节 在日常生活中,物质以可预测的、预期的方式活动。如果你扔一个球,你假设它会朝某个方向运动,并有一个可预测的反冲。更重要的是,施加在一个物体上的力不会对另一个独立物体产生影响。 但是在量子力学中——微小的物理——规则是完全不同的。在一个、两个和三个粒子的系统中,在一个点上发生的动作可以强烈地影响远处的原子。科学家们还没有完全理解这一点,但是,通过分析这些系统和更复杂的系统的行为,他们希望找到真知灼见。 冲绳县科学技术研究所研究生院(OIST)量子系统组的研究人员与都柏林大学学院和杜伦大学的合作者一起,模拟了其中一个系统,揭示了量子态——粒子在孤立系统中排列的方式——这是出乎意料的。他们的研究结果发表在《新物理学杂志》上,可能会应用于量子技术。 “如果你从船上扔一块石头,石头就会往这边飞,船就会往那边飞,”托马斯·布施教授解释说,他是这个小组的负责人。“在量子力学中,我们可以在更大的距离上有更强的相关性。这就像如果你穿上一只红袜子和一只绿袜子,那么在南极洲,你从未见过的人,也会做同样的事情。我们的工作已经发现了具有很强相关性的新状态,这种相关性可以很好地控制。” 用两个原子做实验 当科学家研究宏观系统时,他们倾向于观察许多粒子,比如1023个。因为有如此多的原子,他们不能遵循每一个原子,必须做出假设。为了避免这种情况,研究人员在这项研究中使用了另一种选择。 “我们模拟了一个只有两个原子的系统,”该研究小组的博士生、第一作者Ayaka Usui说。“这为更大的系统提供了一块基石,但我们可以控制一切,确切地看到发生了什么。”为了进一步控制这个系统,我们考虑了超冷原子。” 在室温下,粒子移动非常快。天气越暖和,它们移动得越快。通过使用激光冷却,这些原子可以被减慢和冷却,直到它们几乎达到零速度,从而达到超冷。这使得Ayaka和他的同事更容易在模拟中描述它们。 在这样的系统中,粒子能做的最简单的事就是相互碰撞。这迫使它们四处移动并改变方向,但粒子也有一种叫做自旋的东西。粒子的自旋可以是向上的,也可以是向下的,这进一步影响了它的运动方式——这种效应被称为自旋-轨道耦合。当研究人员模拟一个由两个自旋轨道耦合的超冷原子组成的系统时,揭示了这些具有很强相关性的新状态。 “我们的系统有两个粒子,你可以得到这些状态,还有一个有1023个粒子,你不可以,”该单位的博士后学者托马斯·福格蒂博士(Dr. Thomas Fogarty)说。“在这条长长的增加粒子的链条上,这些新的状态消失了。” 工程进一步的见解 “除了新的状态,我们已经发现了精确描述这个系统的公式,”Ayaka说。“所以现在,我们可以设计它。” 通过发现这些公式,研究人员已经控制了系统,他们现在计划改变参数来观察系统的动态。 阿雅卡说:“我们要拆分整个系统,这样我们就有两个系统了。”“我们可以利用强相关性来帮助我们衡量这个系统。如果我们在其中一个系统中发现一个原子,我们不用测量就知道另一个原子也在这个系统中,因为它们是紧密相关的。” 布希教授说:“虽然这项研究只是集中在量子力学的一小部分,但它有很多用途。” “量子技术需要这些相关性,”他解释道。“据我们所知,这些新状态具有最强的非经典相关性,我们可以设计它们。有了这项研究,我们可以建造更强大的计算机。我们可以发明一种测量装置来测量大脑中重力或电脉冲的微小差异。有很多应用程序需要开发。”
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