科大团队在量子模拟方面取得重大突破,首次测量了二次声音衰减率

小夏 文化 更新 2024-02-13

热量如何在物质中传播? 这通常是通过扩散来完成的,即温度从近到远逐渐降低。 然而,在某些情况下,它也可能以波的形式传播,就像声波一样。 因此,这种现象称为第二音,而相反的普通声波称为第一音。 第二种声音不出现在普通物质中,而只出现在某些特殊物质中,例如超流体氦气。

如果你不知道什么是超流,让我稍微解释一下:超流是当粘度变为 0 时。 例如,打开的杯子中的超流体可以自发地爬出。 例如,如果在普通液体中产生涡流,它会逐渐消失,而超流体中的涡流不会衰变,会永远存在。 这听起来很像超导性,因为超导性是当电阻变为0时,超导体中的电流不会衰减,并将永远保持。 没错,超导性和超流动性属于同一大类现象。 它们都是宏观量子现象,特别是来自玻色-爱因斯坦凝聚的现象。

通过测量液氦中的第二声及其相关的热传递现象,建立了一种称为动态标度理论的通用理论。 该理论对许多量子系统中的相变具有重要意义,例如高温超导性,因为它指出许多不同系统的相变遵循相同的某些普遍函数。 然而,由于液氦的临界区域狭窄,机动性有限,因此很难准确测量液氦中的这些普遍功能。 总之,正是通过液氦,人们发现了第二种声音的现象,但很难再深入下去。

最近,我在科大的同事,如潘建伟、姚兴灿、陈宇等,都有了突破。 他们使用另一个系统非常准确地测量了第二种声音相关的普遍函数。 这些系统被称为超冷铁质原子,实际上是冷而薄的Li-6原子气体。 他们在《科学》杂志上发表了一篇长文,题为“量子临界附近的第二声音衰减”。 想想看,为什么这个标题里没有系统呢? 因为如前所述,这些功能是通用的!

让我阅读新闻稿(

在这项工作中,中国科学技术大学研究团队经过4年多的努力,构建了新型超冷锂镝原子量子模拟平台,该平台融合了灰粘土块和算法冷却、箱形光势阱等先进的超冷原子控制技术,最终成功实现了世界领先的均相费米气体制备。 同时,基于低噪声行波光晶格和高分辨率原位成像技术,研究团队通过实验实现并理论解读了低动量传递(约5%费米动量)和高能量分辨率(优于1/1000费米能量)的布拉格光谱方法,并利用该方法实现了对系统密度响应的高分辨率测量。 在上述两项关键技术突破的基础上,研究团队成功观测到酉费米超流体密度响应中第二声的信号(如图1(d)所示),得到了酉费米超流体的完整密度响应谱,实验结果与基于耗散双流体理论的描述吻合较好。

让我指出,这一段解释了为什么他们能够做这些实验:因为他们取得了技术突破,能够做其他人做不到的事情。

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此外,研究团队获得了第二声音的衰减率(声扩散系数),并准确测定了系统的导热系数和粘度系数。 结果表明,酉费米超流体的输运系数达到了普遍的量子力学极限,例如,第二声扩散系数约为? m、导热系数约为n?kb/m。这些极限值仅由简化的普朗克常数(?)和玻尔兹曼常数 (kb)、粒子质量 m 和密度 n。 此外,他们还观察了这些输运体积在超流体相变附近的临界发散行为,发现酉费米超流体具有相当大的临界区域(约比液氦超流体的临界区域大100倍)。 这一发现为进一步利用该系统进行量子模拟研究奠定了基础,以了解强相关费米系统中的反常传输现象。

请允许我指出,这一段解释了其结果的重要性。 测量结果确实是理论上的**,这个超冷费米原子系统比液氦好得多,临界区要大100倍。

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《科学》杂志的审稿人高度评价了这项工作,称它“展示了这个**呈现壮观的'巡回演出'实验,..这是一篇非常令人印象深刻的文章,有望成为量子模拟领域的一个里程碑this **could be a milestone in quantum simulation...

这一段好像没什么可评论的! 但是,我仍然需要注意,这里的一个关键词是“量子模拟”,即用另一个量子系统模拟一个量子系统。 我最近出版了一本科普书《量子信息简介》,其中介绍了量子计算。 其实量子计算和量子模拟的基本思路非常相似,两者都使用一个物理系统来模拟另一个系统,并将一个难题转化为另一个相对容易解决的系统,所以人们经常把两者统称为“量子计算和量子模拟”。

最后,我想请大家思考一个社会现象。 这种社会现象被称为“公民科学”。 过去常说量子通信是**,而这些从事量子通信的人就是**! 后来,我的这些同事在量子计算领域取得了不少成绩,然后明克就生气地说,量子计算也是假的,这些人想通过量子计算把注意力从量子通信上转移开来! 现在,科学家们在量子模拟等很多领域都取得了成果,比如最近实验证明复数在量子力学中是不可或缺的(),明克应该怎么说呢? 难道说这一切都是假的吗?

世界上有些人不断做着实际的事情,有些人甚至无法理解别人在做什么,他们只知道如何叽叽喳喳地喷别人。 对于这样的人,我们能说些什么呢? 这是可悲和可悲的。

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