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任意子的分數統計特性被證實

2017-09-13 09:34 來源:科技日報

  記者從中國科學技術大學獲悉,該校潘建偉教授及其同事在國際上首次通過量子調控的方法,在超冷原子體系中發現了拓撲量子物態中的準粒子——任意子,證實了任意子的分數統計特性,向著實現拓撲量子計算的方向邁出了重要一步。日前,國際權威學術期刊《自然物理學》線上發表了這項重要研究成果。

  基本粒子通常根據其攜帶的自旋分為兩類,即自旋為整數的玻色子和自旋為半整數的費米子。1977年,挪威學者提出一個令人驚訝的理論:在二維空間中存在某種粒子,其行為服從介於玻色統計和費米統計之間的新的分數統計。由這類奇異粒子構成的物理系統,其波函數在兩粒子坐標交換的情況下不體現對稱或反對稱性,而是獲得一個任意的相位因子。科學家將該類準粒子命名為“任意子”。

  然而,如何直接實驗觀測任意子交換時産生的拓撲相位進而驗證其分數統計特性,一直是一個巨大的實驗挑戰。針對這一重大問題,潘建偉研究團隊選擇了構建人工量子晶體,研發了自旋依賴的超晶格系統來囚禁和操控超冷原子,並在晶格中巧妙地用光極化勢形成了有效磁場梯度,成功操控光晶格中約800個超冷原子,首次觀測到了四體環交換相互作用,並演示了對此相互作用進行量子調控的能力;通過微波反轉原子自旋的方法,實現了任意子之間的編織交換過程,並首次在光晶格體系中直接觀測到了任意子交換産生的分數拓撲相位。

  該研究成果為人們進一步研究任意子的拓撲性質提供了新的實驗平臺和手段,將推動拓撲量子計算和晶格規範場量子模擬領域的研究進展。量子資訊領域的國際著名學者佐勒評價該工作:“這個系統顯現了任意子分數統計特性,是拓撲相存在的明白無誤的證據。”

(責任編輯:王蔚)

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