中國學(xué)者首次在超冷原子體系中觀測到任意子激發(fā)

­　　我國學(xué)者拓?fù)淞孔佑?jì)算研究獲重要進(jìn)展：首次在超冷原子體系中觀測到任意子激發(fā)

­　　新華社合肥9月12日電 記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉教授及其同事苑震生、陳宇翱等人近期在國際上首次通過量子調(diào)控的方法，在超冷原子體系中發(fā)現(xiàn)了拓?fù)淞孔游飸B(tài)中的準(zhǔn)粒子——任意子，并證實(shí)了任意子的分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)特性，向著實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算邁出了重要一步。國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然·物理學(xué)》日前發(fā)表了該成果。

­　　組成物質(zhì)世界的基本粒子通常根據(jù)其攜帶的自旋分為兩類：自旋為整數(shù)的玻色子(如光子)和自旋為半整數(shù)的費(fèi)米子(如電子)。但1977年兩位挪威科學(xué)家提出一個(gè)令人驚訝的新理論：在二維空間中存在某種粒子，其行為服從介于玻色統(tǒng)計(jì)和費(fèi)米統(tǒng)計(jì)之間的新的分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)。由這類奇異粒子構(gòu)成的物理系統(tǒng)，其波函數(shù)在兩粒子坐標(biāo)交換的情況下不體現(xiàn)對稱或反對稱性，而是獲得一個(gè)任意的相位因子。美國物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主維爾澤克將該類準(zhǔn)粒子命名為“任意子”。

­　　任意子的理論被提出后不久，物理學(xué)家就在實(shí)驗(yàn)中捕捉到了它的蹤跡。但如何直接實(shí)驗(yàn)觀測任意子交換時(shí)產(chǎn)生的拓?fù)湎辔?，進(jìn)而驗(yàn)證其分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)特性，一直是一個(gè)巨大的實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)。有學(xué)者提出一個(gè)大膽的設(shè)想，利用拓?fù)洳牧媳Ｗo(hù)量子比特、并操控材料中的任意子進(jìn)行量子計(jì)算。理論研究表明，拓?fù)淞孔佑?jì)算可以達(dá)到很高的容錯(cuò)能力，激發(fā)了科學(xué)家們研制量子計(jì)算機(jī)的熱情。

­　　十多年前，潘建偉研究團(tuán)隊(duì)就開始了對拓?fù)淞孔佑?jì)算的研究并取得了一系列成果。近期，他們創(chuàng)造性地搭建了新的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并開發(fā)了獨(dú)特的量子調(diào)控技術(shù)，研發(fā)了自旋依賴的超晶格系統(tǒng)來囚禁和操控超冷原子，成功操控光晶格中約800個(gè)超冷原子同時(shí)產(chǎn)生了約200個(gè)四原子自旋糾纏態(tài)。他們首次觀測到了四體環(huán)交換相互作用，并通過微波反轉(zhuǎn)原子自旋的方法，實(shí)現(xiàn)了任意子之間的編織交換過程，首次在光晶格體系中直接觀測到了任意子交換產(chǎn)生的分?jǐn)?shù)拓?fù)湎辔弧?/p>

­　　據(jù)介紹，該研究成果的實(shí)現(xiàn)，為進(jìn)一步研究任意子的拓?fù)湫再|(zhì)提供了新的實(shí)驗(yàn)平臺和手段，將推動拓?fù)淞孔佑?jì)算和晶格規(guī)范場量子模擬領(lǐng)域的研究進(jìn)展。(記者 徐海濤)