中国科大实现量子模拟新突破

发布时间:2024-02-26 13:03:13 来源: sp20240226

   中新社 合肥2月8日电 (记者 吴兰)中国科学家在量子模拟领域实现了新突破——首次观测到了由多体配对产生的赝能隙。该研究朝向理解高温超导机理迈出了重要一步,是利用量子模拟解决重要物理问题的一个范例。

  2月8日,相关研究成果发表在国际学术期刊《自然》(Nature)上。这一成果由中国科学技术大学潘建伟、姚星灿、陈宇翱等人基于强相互作用的均匀费米气体而首次观测到的。

图中头顶玉珠的两条鲤鱼,象征着一对自旋相反的费米子;龙门代表了超流相变和赝能隙。鲤鱼跃过龙门,表明配对发生在超流相变温度以上。这种配对现象反过来又导致赝能隙的出现。陈磊/制图。

  能隙的产生是超导的标志性现象。在常规超导体中,能隙存在于超导相变温度以下。随着铜氧化物高温超导体的发现,即使在超导相变温度以上,能隙仍然能够被观测到,这种现象被称为赝能隙。赝能隙的起源和性质可以为解答高温超导的机理问题提供关键线索。

  强相互作用(幺正)极限下的超冷费米气体以其纯净性和可控性为赝能隙的机理研究提供了一个理想的量子模拟平台。经过多年的攻关,研究团队建立了超冷锂-镝原子量子模拟平台,实现了世界领先的均匀费米气体的制备。研究团队还发展了大磁场的稳定技术,在约700 G(高斯)的磁场下,其短期波动优于25μG(微高斯),相对磁场稳定度接近10的负8次方,比以往国际上的最优结果提升了一个数量级以上。

单粒子谱示意。连接和独立的小球分别代表库珀对和单粒子,曲面间隙为赝能隙。 陈磊/制图。

  在上述研究基础上,研究团队系统地测量了不同温度下的幺正费米气体的单粒子谱函数,并成功观测到了赝能隙的存在,为电子预配对假说提供了支持。

  该工作中发展的超冷原子量子调控技术为下一步研究其它重要的凝聚态物理现象奠定了技术基础。Nature杂志的审稿人一致认为:“这项工作解决了一个长期存在的重要物理问题,是量子模拟研究的里程碑进展。”

中国科大姚星灿教授(右)、陈宇翱教授(左)在实验室讨论课题内容。(中国科大供图)

  据介绍,中国科大相关研究团队近年来在基于超冷原子的量子模拟方面开展了卓有成效的工作,已先后在Nature和Science发表了10篇论文。在前期技术积累的基础上,超冷原子量子模拟已经开始显现出揭示包括高温超导机制在内的复杂物理系统规律的显著效用,为在近期构建具备解决实际问题能力的专用量子模拟机铺平了道路。(完)

【编辑:张子怡】