玻色子粒子的发现为量子计算提供了新见解

美国北卡罗来纳州三角公园研究中心—-研究人员在美国陆军的一个项目中发现了一个关键性问题,为量子设备和量子计算机的发展提供了一个关键性的启示。玻色子粒子的发现为量子计算提供了新见解。

玻色子粒子
美国军方在宾夕法尼亚州立大学进行的一个项目发现,一类被称为玻色子的粒子,当被强行拉成一条线时,可以表现出与之相反的一类粒子,称为费米子。这一发现为量子设备和量子计算机的发展提供了重要的启示。美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员利用这种仪器制造了一个由原子组成的超冷一维气体阵列。

科学家们发现,当被称为玻色子的一类粒子被强行压入一条线时,可以表现为与之相反的一类粒子,即费米子。

这项研究是在宾夕法尼亚州立大学进行的,由美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室下属的陆军研究办公室提供部分资金,研究发现,当一维空间气体中的玻色子之间的内部相互作用非常强时,在一维空间膨胀时速度分布就会转变为非相互作用的费米子气体的速度分布。

“原子钟、量子计算机和量子系统的性能有赖于对所选系统的特性进行适当处理,”ARO原子和分子物理学项目经理Paul Baker博士说。”这项研究工作表明,通过适当约束系统的维度,可以改变系统的统计学特性。除了进一步加深我们对基础原理的理解,这一发现还可以提供一种方法,使系统从玻色子到费米子的动态切换,以最好地满足军事需求。”

研究人员通过实验证明,当玻色子在一维空间膨胀–即原子线被允许向外扩散变长–就可以形成费米海。获取更多前沿科技信息访问:https://byteclicks.com

“自然界中的所有粒子都有两种类型之一,取决于它们的自旋,这种量子特性在经典物理学中没有真正的类似物,”宾夕法尼亚州立大学物理学杰出教授、研究团队的领导者之一大卫-魏斯说。”自旋为整数的玻色子可以共享相同的量子态,而自旋为半整数的费米子则不能。当粒子足够冷或足够密集时,玻色子的行为与费米子完全不同。玻色子形成玻色-爱因斯坦凝聚体,聚集在同一量子态。而费米子则是逐一地填充可用态,形成所谓的费米海。”

该研究小组利用光学晶格创建了一个由玻色子原子(Bose气体)组成的超冷一维气体阵列,利用激光捕获原子。在光阱中,系统处于平衡状态,强相互作用的玻色气体具有像费米子一样的空间分布,但仍然具有玻色子的速度分布。当研究人员关闭了部分诱捕光后,原子在一维空间中膨胀。在这个膨胀过程中,玻色子的速度分布平滑地转变为与费米子相同的速度分布。

“通过充分理解一维气体的动力学,然后逐渐降低气体的可积性,我们希望能确定动力学量子系统中的普遍原理。”Weiss说。

动态的、相互作用的量子系统是基础物理学的重要组成部分。它们在技术上的相关性也越来越强,因为许多实际和拟议的量子设备都是基于此,包括量子模拟器和量子计算机。

“我们现在有了实验性途径,如果你在十年前问任何一个在该领域工作的理论家’我们会在有生之年看到这种情况吗? ‘他们会说’不可能’,”宾夕法尼亚州立大学物理学教授、研究团队的另一位领导人马科斯-里戈尔说。

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