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【喜迎十九大】中科大在量子计算和模拟领域获重要进展

时间:2017-09-13 05:00:20

  记者9月12日从中国科学技术大学获悉,该校教授潘建伟及其同事苑震生、陈宇翱等人日前在国际上首次通过量子调控的方法,在超冷原子体系中发现拓扑量子物态中的准粒子——任意子,并证实任意子的分数统计特性,向着实现拓扑量子计算迈出重要一步。最新一期国际权威学术期刊《自然·物理学》刊发了该成果。

  根据自旋的类别,基本粒子通常分为自旋为整数的玻色子(如光子)、自旋为半整数的费米子(如电子)。 1977年,挪威科学家提出一个新理论:在二维空间中存在某种粒子,其行为服从介于玻色统计和费米统计之间的新的分数统计。由这类奇异粒子构成的物理系统,其波函数在两粒子坐标交换的情况下不体现对称或反对称性,而是获得一个任意的相位因子。

  后来,美国物理学家、诺贝尔物理学奖得主维尔泽克将该类准粒子命名为“任意子”。任意子理论提出后不久,物理学家就在实验中捕捉到了它的踪迹。然而,如何直接实验观测任意子交换时产生的拓扑相位,进而验证其分数统计特性,一直是一个巨大的实验挑战。有学者提出一个大胆的设想,利用拓扑材料保护量子比特并操控材料中的任意子进行量子计算。理论研究表明,与此前最好的基于纠错码的量子计算相比,拓扑量子计算容错能力提升约3个数量级,达到了约1%。值得一提的是,该容错率目前实验技术能达到,这极大地激发了科学家们研制量子计算机的热情。

  超冷原子是指原子的温度接近绝对零度(零下273.15摄氏度),这时原本状态不同的原子会凝聚到同一状态。十多年前,潘建伟研究团队就开始了对拓扑量子计算的研究。近期,他们创造性地搭建了新的实验系统并开发了独特的量子调控技术,研发了自旋依赖的超晶格系统来囚禁和操控超冷原子,成功操控光晶格中约800个超冷原子,同时产生了约200个四原子自旋纠缠态。他们首次观测到了四体环交换相互作用,并通过微波反转原子自旋的方法,实现了任意子之间的编织交换过程,首次在光晶格体系中直接观测到任意子交换产生的分数拓扑相位。

【专题】喜迎十九大

原标题:首次在超冷原子体系中观测到任意子激发
来源:中安在线-安徽日报  作者:桂运安  编辑:杨杨
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