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中科学学潘建伟:中国在超冷原子量子模拟领域获重大突破

2016-10-12 18:33
络遇
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中国科学技术大学潘建伟院士回答记者提问

  潘建伟教授说,冷原子具有环境干净、高度可控等重要特性。过去五年间,科学家们已在冷原子上进行一维人工自旋轨道耦合实验,并取得系列成果。北京大学教授刘雄军用通俗的比喻解释说:“原子自旋相当于地球的自转,轨道运动相当于地球公转。”“耦合”即相互作用。人们发现,原子自旋轨道耦合导致出现多种基本物理现象和新奇量子物态,衍生出自旋电子学、拓扑绝缘体、拓扑超导体等前沿领域。

  在超冷原子中实现高维自旋轨道耦合在理论和实验上都是极具挑战性的问题。北京大学刘雄军理论小组提出了所谓的拉曼光晶格量子系统。基于这一理论方案,中国科学技术大学潘建伟、陈帅和邓友金等组成的实验小组成功地构造了拉曼光晶格量子系统,合成二维自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体。进一步研究发现,合成的自旋轨道耦合和能带拓扑具有高度可调控性。

  潘建伟表示,中性原子能够让它通过某种东西的相互作用,让它感受到跟电子在电子场中同样的力,那不就相当于带电一样吗,所以用两束激光往同一原子一照,让原子运动的方程和电子在电磁场中运动的方程是一样的,规则是一样的就可以了。在传统的体系里很难控制,就用超冷原子来代替,方程是一样的。

  这一成果显示我国在超冷原子量子模拟相关研究方向上已走在国际最前列。为超冷原子量子模拟开辟了一条新道路。在此基础上,可以研究全新的拓扑物理,包括固体系统中难以观察到的玻色子拓扑效应等。潘建伟指出,一开始希望不要一开始就离理论太远,“先把一些理论方程很清楚的、可以看到的有趣现象观察到,接下来可能继续往前拓展,把实验发展得更精细;另外一条路,因为实验目的是为了通过这个来研究、做一些本来做不了的东西,所以会建另外一个系统,加上去之后理论家算不动了,就再在实验上进行研究,可能会寻找一些意外的东西。

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