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2022-03-01 12:29 |
物理學(xué)家控制原子中的電子來創(chuàng)造“合成維度”
萊斯大學(xué)的物理學(xué)家們正在新的實(shí)驗(yàn)中推動空間界限的發(fā)展。他們已經(jīng)學(xué)會了如何精確地控制巨大的里德堡(Rydberg)原子中的電子，他們可以創(chuàng)造 “合成維度”，這是量子模擬的重要工具。
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萊斯大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種技術(shù)，通過應(yīng)用共振微波電場將許多狀態(tài)耦合在一起，來設(shè)計(jì)超冷鍶原子的里德堡態(tài)。當(dāng)原子中的一個電子在能量上被提升到一個高度激發(fā)的狀態(tài)時，就會出現(xiàn)里德堡態(tài)，使其軌道超大，使原子比正常情況下大幾千倍。 5-sxTp
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超冷的里德堡原子比絕對零度高約百萬分之一。通過精確和靈活地操縱電子運(yùn)動，萊斯量子計(jì)劃的研究人員以模擬真實(shí)材料的方式將格子狀的里德堡水平耦合起來。這些技術(shù)還可以幫助實(shí)現(xiàn)在真實(shí)三維空間中無法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，為量子研究創(chuàng)造一個強(qiáng)大的新平臺。 4 iw+3 Q|
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萊斯大學(xué)物理學(xué)家Tom Killian、Barry Dunning和Kaden Hazzard都是該計(jì)劃的成員，他們與主要作者和研究生Soumya Kanungo一起在《自然通訊》上發(fā)表了一篇論文，詳細(xì)介紹了這項(xiàng)研究。這項(xiàng)研究建立在以前的工作基礎(chǔ)上，Killian和Dunning在2018年首次探索了里德堡原子。 c-3? D;
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里德堡原子擁有許多有規(guī)律間隔的量子能級，這些能級可以通過微波耦合，使高度激發(fā)的電子在能級之間移動。這個“合成維度”的動力學(xué)在數(shù)學(xué)上相當(dāng)于一個粒子在真實(shí)晶體的晶格點(diǎn)之間移動。 } o=g )
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Hazzard說：“在典型的高中物理實(shí)驗(yàn)中，人們可以看到來自原子的光發(fā)射線，它對應(yīng)著從一個能級到另一個能級的轉(zhuǎn)變，”Hazzard是物理學(xué)和天文學(xué)副教授，他在之前的幾篇論文中為這項(xiàng)研究建立了理論基礎(chǔ)。“人們甚至可以用一個非常原始的光譜儀看到這一點(diǎn)：一個棱鏡！” YS/DIH{9e
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他說：“這里的新內(nèi)容是，我們把每個層次看作是空間中的一個位置。通過送入不同波長的光，我們可以把水平線連接起來。我們可以使層次看起來像粒子，只是在空間位置之間移動�！� .I gCC_C9
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Hazzard說：“這很難用光--或納米波長的電磁輻射--來做，但我們正在用毫米波長工作，這使得它在技術(shù)上更容易產(chǎn)生耦合作用�！� EBn7waB S
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萊斯大學(xué)物理學(xué)和天文學(xué)教授、維斯自然科學(xué)學(xué)院院長Killian說：“我們可以設(shè)置相互作用，粒子移動的方式，并捕捉一個更復(fù)雜系統(tǒng)的所有重要物理學(xué)�！� ){,8}(|
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他說：“真正令人興奮的事情將是當(dāng)我們把多個里德堡原子聚集在一起，在這個合成空間中創(chuàng)造相互作用的粒子。有了這個，我們將能夠做一些我們無法在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上模擬的物理學(xué)，因?yàn)樗芸炀蜁兊煤軓?fù)雜�！� HID;~Ne
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研究人員通過實(shí)現(xiàn)一個被稱為Su-Schrieffer-Heeger系統(tǒng)的一維晶格來證明他們的技術(shù)。為了制造它，他們用激光器冷卻鍶原子，并應(yīng)用具有交替的弱耦合和強(qiáng)耦合的微波來創(chuàng)造適當(dāng)?shù)暮铣删坝^。第二組激光器被用來將原子激發(fā)到耦合的、高位的里德堡態(tài)的流形。 +DU}f;O8v
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Killian說，該實(shí)驗(yàn)揭示了粒子如何在一維晶格中移動，或者在某些情況下被凍結(jié)在邊緣，即使它們有足夠的能量來移動。這與可以用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來描述的材料特性有關(guān)。 OW6i2
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