科學家在實驗室中創造了奇特的量子"域牆"

芝加哥大學的科學家已經能夠在實驗室中随意創造一種新的量子物體。"域壁"。這一發現可以幫助研究人員更好地了解奇異的量子粒子--并可能為未來的新技術給出路徑，如量子電子學或量子存儲器。

這項研究于2022年2月2日發表在《自然》雜志上，是在Cheng Chin教授的實驗室進行的，該實驗室研究新型量子系統和支撐它們的實體學。在他們的一個實驗中，芝加哥大學的科學家們注意到在極低的溫度下，原子中出現了一個有趣的現象。在适當的條件下，原子組可以分離成域，并在它們相遇的交界處形成一道"牆"。這個域壁的行為就像一個獨立的量子物體。

這項研究的第一作者、博士生Yao Kaixuan說："這有點像沙漠中的沙丘，它是由沙子組成的，但沙丘的行為就像一個物體，與單個沙粒的行為不同。"

科學家們曾在量子材料中瞥見過這些域壁，但此前，他們無法可靠地生成和分析它們。現在，芝加哥大學的實體學家建立了制作和仔細研究這些壁的配方，他們觀察到了令人驚訝的行為。科學家們對編排這些行為感興趣，部分原因是它們可以成為未來技術的基礎。

"我們在控制原子方面有很多經驗，"Chin說，他被任命為實體系、詹姆斯-弗蘭克研究所和恩裡科-費米研究所的成員。"我們知道如果你把原子推向右邊，它們就會向右移動。但是在這裡，如果你把域壁推向右邊，它就會向左移動。"這些域壁是一類被稱為"湧現"現象的一部分，這意味着它們似乎遵循新的實體定律，是許多粒子作為一個集體行動的結果。

Chin的實驗室研究這些湧現現象，認為它們可以闡明一套被稱為動态量規理論的規律，該理論描述了材料以及早期宇宙中的其他湧現現象，宏觀上看，當第一批粒子聚集在一起形成星系、恒星和行星時，同樣的現象可能将它們聚集在一起。

這一領域的突破也可以實作新的量子技術。科學家們對這些行為的編目感興趣，部分原因是它們可以成為未來技術的基礎--例如，現代全球定位系統的基礎源于20世紀50年代的科學家試圖測試愛因斯坦的相對論。

"在制作可程式設計的量子材料或量子資訊處理器方面，這種現象可能會有應用--它可以用來創造一種更強大的方式來存儲量子資訊，或在材料中實作新的功能，"Chin說。"但在我們能夠發現這一點之前，第一步是要了解如何控制它們。"