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在新的量子模拟器中 光的行为类似于磁铁

发布时间:2019-05-20 14:35:49 来源:

当遵循量子力学定律时,由许多相互作用的粒子组成的系统可以显示出如此复杂的行为,以至于其定量描述违背了世界上最强大的计算机的能力。1981年,有远见的物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)认为,我们可以使用由相同量子定律支配的人造装置来模拟这种复杂的行为 - 后来被称为“量子模拟器”。

复杂量子系统的一个例子是放置在非常低的温度下的磁体。接近绝对零度(-273.15摄氏度),磁性材料可能经历所谓的“量子相变”。像传统的相变(例如冰融入水中,或水蒸发成蒸汽),系统仍然在两种状态之间切换,除了接近转变点,系统表现出量子纠缠 - 量子力学预测的最深刻的特征。在真实材料中研究这种现象对于实验物理学家来说是一项极其艰巨的挑战。

但是,由EPFL的Vincenzo Savona领导的物理学家现在已经提出了一种有望解决问题的量子模拟器。“模拟器是一种简单的光子器件,可以使用当前的实验技术轻松构建和运行,”Savona实验室负责该项研究的博士后Riccardo Rota说。“但更重要的是,它可以模拟真实的,相互作用的磁体在极低温度下的复杂行为。”

模拟器可以使用超导电路构建 - 与现代量子计算机中使用的技术平台相同。电路以这样的方式耦合到激光场,使得它引起光粒子(光子)之间的有效相互作用。“当我们研究模拟器时,我们发现光子的行为方式与真实材料中量子相变的磁偶极子相同,”罗塔说。简而言之,我们现在可以使用光子在量子磁体上进行虚拟实验,而不必自己设置实验。

“我们是理论家,”萨沃纳说。“我们提出了这个特殊的量子模拟器的想法,并使用传统的计算机模拟建模其行为,这可以在量子模拟器处理足够小的系统时完成。我们的研究结果证明我们提出的量子模拟器是可行的,我们是现在正在与想要实际构建和使用它的实验小组进行谈判。“

可以理解的是,罗塔很兴奋:“我们的模拟器可以应用于广泛的量子系统,允许物理学家研究几种复杂的量子现象。这是量子技术发展中真正卓越的进步。”

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