物理学家实现分子的量子纠缠

物理学家实现分子的量子纠缠物理学家首次实现了对分子的量子纠缠。这一突破可能有助于推动量子计算的实用化。论文发表在《科学》期刊上。实现可控的量子纠缠一直是一大挑战，这次实验之前分子的可控量子纠缠一直无法实现。普林斯顿大学的物理学家找到了方法控制单个分子诱导其进入到互锁量子态。研究人员相信相比原子，分子具有优势，更适合量子信息处理和复杂材料量子模拟等应用。相比原子，分子有更多的量子自由度，能以新方式交互。论文合作者YukaiLu指出这意味着存储和处理量子信息的新方法。来源，，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

物理学家成功连接了两个量子物理学的子领域

物理学家成功连接了两个量子物理学的子领域莱斯大学的物理学家已经证明，量子计算所高度追求的不可变拓扑态可以与某些材料中其他可操纵的量子态纠缠在一起。“我们发现令人惊讶的事情是，在一种特殊的晶格中，电子被困住，d原子轨道中电子的强耦合行为实际上就像一些重费米子的f轨道系统一样，”《科学进展》相关研究报告的作者说。这一意想不到的发现为凝聚态物理学的子领域之间架起了一座桥梁，这些子领域专注于量子材料的不同涌现特性。例如，在拓扑材料中，量子纠缠模式产生“受保护的”、不可变的状态，可用于量子计算和自旋电子学。在强关联材料中，数十亿个电子的纠缠会产生非常规超导性和量子自旋液体中持续磁涨落等行为。在这项研究中，斯奇苗和合著者胡浩宇（他的研究小组的前研究生）建立并测试了一个量子模型，以探索“受挫”晶格排列中的电子耦合，就像在具有“平带”特征的金属和半金属中发现的电子耦合，表明电子被卡住并且强相关效应被放大。斯奇苗是莱斯大学物理和天文学HarryC.和OlgaK.Wiess教授，也是莱斯大学量子材料中心主任。图片来源：JeffFitlow/莱斯大学这项研究是斯奇苗持续努力的一部分，他于7月获得了美国国防部著名的万尼瓦尔·布什教员奖学金，以验证控制物质拓扑状态的理论框架。在这项研究中，斯奇苗和胡浩宇表明，来自d原子轨道的电子可以成为晶格中多个原子共享的更大分子轨道的一部分。研究还表明，分子轨道中的电子可能与其他受挫电子纠缠在一起，产生强相关效应，这对于多年来研究重费米子材料的Si来说非常熟悉。“这些完全是d电子系统，”斯奇苗说。“在d电子世界中，就像有一条多车道的高速公路。在f电子世界中，您可以认为电子在两层中移动。一种就像d电子高速公路，另一种就像土路，移动速度非常慢。”Si表示，f电子系统拥有非常清晰的强相关物理例子，但它们并不适合日常使用。“这条土路距离高速公路太远了，”他说。“高速公路的影响非常小，这意味着微小的能量尺度和非常低的物理温度。这意味着需要达到10开尔文左右的温度才能看到耦合的效果。在d电子世界中情况并非如此。在多车道高速公路上，事物之间的耦合非常有效。”即使频带平坦，耦合效率仍然存在。斯将其比作高速公路的一条车道变得像f电子土路一样低效且缓慢。“即使它已经变成了土路，它仍然与其他车道共享地位，因为它们都来自d轨道，”斯说。“它实际上是一条土路，但它的耦合性更强，这转化为更高温度下的物理现象。这意味着我可以拥有所有基于f电子的精致物理学，为此我拥有明确定义的模型和多年研究的大量直觉，但我不必达到10开尔文，而是可以工作例如，200开尔文，甚至可能是300开尔文，或室温。因此，从功能角度来看，它非常有前途。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389679.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389679.htm

物理学家观测到“不可观测”的量子相变

物理学家观测到“不可观测”的量子相变1935年，两位当时最著名的物理学家爱因斯坦和薛定谔就现实本质产生了争论。爱因斯坦认为宇宙是局域性的，一个地方发生的事情不会立即影响遥远的另一个地方。薛定谔认为量子纠缠与局域性的假设相悖。当一对粒子发生纠缠时，测量其中一个粒子会立即影响到另一个粒子，无论它身在何处。这违背了爱因斯坦关于传播速度无法超越光速的铁令。爱因斯坦不喜欢不受范围限制的纠缠，他将其称之为幽灵，认为量子力学理论是不完整的。今天的物理学家基本上解决了该问题，纠缠不会在遥远的地方产生立即的影响，它无法在遥远距离上实现特定结果：它只是传播该结果的知识。过去几年一系列的理论和实验研究揭示了纠缠的新面孔：它不是成对出现，而是以粒子星图的形式出现。纠缠通过一组粒子自然传播，建立了一个复杂的临时网。如果你测量粒子的频率足够多，你能阻止网的形成。这种网状非网状的状态令人想起物质的液态固态。网状与非网状的转变代表着信息结构的变化，这是信息的相变。来源，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

光子精度：量子物理学家如何打破敏感度的界限

光子精度：量子物理学家如何打破敏感度的界限通过频率分辨采样测量它们在分束器上的干扰，研究小组表明，在目前的技术范围内可以达到前所未有的精度，估计的误差可以通过降低光子时间带宽进一步降低。这一突破对一系列应用有重大意义，包括对纳米结构（包括生物样本）和纳米材料表面进行更可行的成像，以及基于光网络中频率分辨玻色子采样的量子增强估计。这项研究是由朴茨茅斯大学的一个科学家团队进行的，由该大学的量子科学技术中心主任VincenzoTamma博士领导。Tamma博士说："我们的技术利用了当两个单光子撞击分光器的两个面，在分光器输出通道测量时无法区分时发生的量子干扰。如果在撞击分光器之前，一个光子由于穿过样品或被样品反射而在时间上相对于另一个光子有所延迟，那么人们可以通过探测分光器输出端光子的量子干扰来实时检索这种延迟的值，从而检索出样品的结构。当通过对两个光子的频率进行采样测量来解决这种双光子干扰时，可以实现对时间延迟的最佳测量精度。事实上，这确保了两个光子在检测器上保持完全不可区分，不管它们在输出端检测到的任何采样频率值的延迟如何。"该团队提出使用双光子干涉仪来测量两个光子在分束器处的干扰。然后，他们引入了一种基于频率分辨采样测量的技术，以自然界所允许的最佳精度来估计两个光子之间的时间延迟，并且在光子时间带宽减少的情况下，灵敏度越来越高。这一技术克服了以前的双光子干扰技术的局限性，没有在测量过程中检索到光子频率的信息。"它允许我们采用实验上可能的最短持续时间的光子，而不影响探测器上延时光子的可区分性，因此在显著减少所需光子对数量的情况下，最大限度地提高了延时估计的精度。这允许对给定的样品进行相对快速和有效的表征，为生物学和纳米工程的应用铺平道路。"这项突破性研究的应用是非常重要的。它有可能大大改善纳米结构的成像，包括生物样品和纳米材料表面。此外，它还可能导致在光网络中基于频率分辨的玻色子采样的量子增强估计。该研究的结果发表在《物理评论应用》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358073.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358073.htm

奇妙的波浪： 物理学家揭示了镍磁体中的自旋激子

奇妙的波浪：物理学家揭示了镍磁体中的自旋激子在《自然-通讯》杂志上发表的一项研究中，研究人员报告说在钼酸镍这种层状磁性晶体中发现了不寻常的特性。被称为电子的亚原子粒子类似于微小的磁铁，而且它们通常像罗盘针一样在磁场中定位。在实验中，中子从晶体内的磁性镍离子中散射出来，研究人员发现，每个镍离子的两个最外层电子表现得不同。这两个电子不是像罗盘针一样排列它们的自旋，而是在物理学家称之为自旋单子的现象中相互抵消。该研究的通讯作者、莱斯大学的戴鹏程说："这样的物质根本就不应该是磁铁。而且，如果一个中子从一个特定的镍离子上散射下来，激发应该保持在局部，而不是在样品中传播。"戴鹏程是莱斯大学物理学和天文学教授。因此，当中子散射实验中的仪器检测到不是一个，而是两个系列的传播波时，戴鹏程和他的合作者感到惊讶，每个波的能量都有很大的不同。为了了解这些波的起源，有必要深入研究磁性晶体的原子细节。例如，来自晶体中原子的电磁力可以与磁场竞争，并影响邻近原子内的电子。这被称为晶体场效应，它可以迫使电子自旋沿着与磁场方向不同的方向定向。探测钼酸镍晶体的晶场效应需要额外的实验和对实验数据的理论解释。莱斯大学的合作者EmiliaMorosan说："实验小组和理论之间的合作对于描绘一幅完整的画面和理解在这种化合物中观察到的不寻常的自旋激发是最重要的。"莫罗桑的研究小组利用比热测量探测了晶体对温度变化的热反应。从这些实验中，研究人员得出结论，在层状钼酸镍中出现了两种晶体场环境，而且这两种环境对镍离子的影响非常不同。研究报告的共同作者、帮助解释实验数据的莱斯大学理论物理学家AndriyNevidomskyy说："在一种情况下，场效应相当弱，对应的热能约为10开尔文。在几开尔文的温度下，看到中子可以激发镍原子的磁自旋波，这也许并不令人惊讶，因为镍原子受到这种第一类晶体场的影响。但最令人费解的是看到它们来自受第二种类型影响的镍原子。那些原子周围有四面体排列的氧原子，电场效应几乎强了20倍，这意味着激发的产生要难得多。"Nevidomskyy说："这可以理解为如果相应的镍离子上的自旋具有不同的"质量"。这个比喻是指重的篮球与网球混在一起，为了激发第二种类型的自旋，即较重的篮球，我们必须通过向材料照射更多的高能中子来施加更强的'踢'。"由此产生的对镍自旋的影响被称为自旋激子，人们通常会期望激子产生的"踢"的效果被限制在一个单一的原子中。但是实验的测量结果表明，"篮球"在一致地运动，创造了一种意想不到的波。更令人惊讶的是，这些波似乎在相对较高的温度下仍然存在，在那里晶体不再表现为磁铁。内维多姆斯基和来自加利福尼亚大学圣巴巴拉分校的理论家合著者莱昂-巴伦茨提供的解释是：较重的自旋激子--比喻中的篮球--随着周围较轻的磁性激子--比喻中的网球--的波动而晃动，如果这两类球之间的相互作用足够强，较重的自旋激子参与到类似于波的连贯运动中。"特别有趣的是，"戴说，"两种镍原子各自形成一个三角形晶格，因此这个晶格内的磁相互作用是受挫的。"在三角形晶格的磁性中，挫折指的是使所有的磁矩相对于它们的三个近邻反平行（上下）对齐的困难。了解磁挫折在三角形晶格中的作用是戴和Nevidomskyy两人多年来一直致力于解决的长期挑战之一。Nevidomskyy说："找到一个谜题，与自己的预期相反，然后感到一种了解其起源的满足感，这是非常令人兴奋的。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358691.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358691.htm

钻石的隐藏潜力：物理学家释放不完美晶体的量子能量

钻石的隐藏潜力：物理学家释放不完美晶体的量子能量外场驱动钻石内的量子粒子，创造出长寿命量子系统。资料来源：圣路易斯华盛顿大学该论文的共同作者包括物理学教授凯特-默奇（KaterMurch）、博士生何光辉、龚若天（Ruotian(Reginald)Gong）和刘中原。他们的工作得到了量子跃迁中心（CenterforQuantumLeaps）的部分支持。量子跃迁中心是艺术与科学战略计划的一个标志性倡议，旨在将量子见解和技术应用于物理学、生物医学和生命科学、药物发现以及其他意义深远的领域。研究人员用氮原子轰击钻石，使其发生转变。其中一些氮原子会移位碳原子，从而在原本完美的晶体中产生缺陷。由此产生的空隙中充满了电子，这些电子具有自旋和磁性，其量子特性可被测量和操纵，应用范围十分广泛。正如Zu和他的团队之前通过对硼的研究揭示的那样，这种缺陷有可能被用作量子传感器，对周围环境和彼此间的环境做出反应。在新的研究中，研究人员关注的是另一种可能性：利用不完美的晶体来研究无比复杂的量子世界。经典计算机（包括最先进的超级计算机）不足以模拟量子系统，即使是只有十几个量子粒子的系统。这是因为每增加一个粒子，量子空间的维度就会呈指数增长。但新研究表明，使用可控量子系统直接模拟复杂的量子动力学是可行的。Zu说："我们精心设计我们的量子系统，创建一个模拟程序并让它运行。最后，我们观察结果。这是使用经典计算机几乎不可能解决的问题。"研究小组在这一领域取得的进展将有助于研究多体量子物理学中一些最令人兴奋的方面，包括实现物质的新阶段和预测复杂量子系统的突发现象。在最新的研究中，Zu和他的团队能够让他们的系统保持稳定长达10毫秒，这在量子世界中是很长的一段时间。值得注意的是，与其他在超低温条件下运行的量子模拟系统不同，他们的钻石系统是在室温条件下运行的。保持量子系统完好无损的关键之一是防止热化，即系统吸收大量能量后，所有缺陷都会失去其独特的量子特征，最终看起来一模一样。研究小组发现，他们可以通过快速驱动系统，使其来不及吸收能量，从而推迟这一结果的发生。这使得系统处于相对稳定的"预热"状态。这种基于钻石的新系统使物理学家能够同时研究多个量子区域的相互作用。它还为制造灵敏度越来越高的量子传感器提供了可能。"量子系统存在的时间越长，灵敏度就越高，"Zu说。Zu和他的团队目前正在与量子跃迁中心的其他华盛顿大学科学家合作，以获得跨学科的新见解。在艺术与科学领域，Zu正与物理学副教授ErikHenriksen合作，以提高传感器的性能。他还计划利用它们来更好地理解物理学助理教授盛然实验室创造的量子材料。他还与地球、环境和行星科学教授菲利普-斯基默（PhilipSkemer）合作，从原子层面观察岩石样本中的磁场；并与物理学助理教授尚卡尔-穆克吉（ShankarMukherji）合作，对活生物细胞中的热力学进行成像。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388713.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388713.htm