科大團隊在量子模擬方面取得重大突破,首次測量了二次聲音衰減率

Mondo 文化 更新 2024-02-13

熱量如何在物質中傳播? 這通常是通過擴散來完成的,即溫度從近到遠逐漸降低。 然而,在某些情況下,它也可能以波的形式傳播,就像聲波一樣。 因此,這種現象稱為第二音,而相反的普通聲波稱為第一音。 第二種聲音不出現在普通物質中,而只出現在某些特殊物質中,例如超流體氦氣。

如果你不知道什麼是超流,讓我稍微解釋一下:超流是當粘度變為 0 時。 例如,開啟的杯子中的超流體可以自發地爬出。 例如,如果在普通液體中產生渦流,它會逐漸消失,而超流體中的渦流不會衰變,會永遠存在。 這聽起來很像超導性,因為超導性是當電阻變為0時,超導體中的電流不會衰減,並將永遠保持。 沒錯,超導性和超流動性屬於同一大類現象。 它們都是巨集觀量子現象,特別是來自玻色-愛因斯坦凝聚的現象。

通過測量液氦中的第二聲及其相關的熱傳遞現象,建立了一種稱為動態標度理論的通用理論。 該理論對許多量子系統中的相變具有重要意義,例如高溫超導性,因為它指出許多不同系統的相變遵循相同的某些普遍函式。 然而,由於液氦的臨界區域狹窄,機動性有限,因此很難準確測量液氦中的這些普遍功能。 總之,正是通過液氦,人們發現了第二種聲音的現象,但很難再深入下去。

最近,我在科大的同事,如潘建偉、姚興燦、陳宇等,都有了突破。 他們使用另乙個系統非常準確地測量了第二種聲音相關的普遍函式。 這些系統被稱為超冷鐵質原子,實際上是冷而薄的Li-6原子氣體。 他們在《科學》雜誌上發表了一篇長文,題為“量子臨界附近的第二聲音衰減”。 想想看,為什麼這個標題裡沒有系統呢? 因為如前所述,這些功能是通用的!

讓我閱讀新聞稿(

在這項工作中,中國科學技術大學研究團隊經過4年多的努力,構建了新型超冷鋰鏑原子量子模擬平台,該平台融合了灰粘土塊和演算法冷卻、箱形光勢阱等先進的超冷原子控制技術,最終成功實現了世界領先的均相費公尺氣體製備。 同時,基於低雜訊行波光晶格和高解像度原位成像技術,研究團隊通過實驗實現並理論解讀了低動量傳遞(約5%費公尺動量)和高能量解像度(優於1/1000費公尺能量)的布拉格光譜方法,並利用該方法實現了對系統密度響應的高解像度測量。 在上述兩項關鍵技術突破的基礎上,研究團隊成功觀測到酉費公尺超流體密度響應中第二聲的訊號(如圖1(d)所示),得到了酉費公尺超流體的完整密度響應譜,實驗結果與基於耗散雙流體理論的描述吻合較好。

讓我指出,這一段解釋了為什麼他們能夠做這些實驗:因為他們取得了技術突破,能夠做其他人做不到的事情。

閱讀另一篇新聞稿:

此外,研究團隊獲得了第二聲音的衰減率(聲擴散係數),並準確測定了系統的導熱係數和粘度係數。 結果表明,酉費公尺超流體的輸運係數達到了普遍的量子力學極限,例如,第二聲擴散係數約為? m、導熱係數約為n?kb/m。這些極限值僅由簡化的蒲朗克常數(?)和玻爾茲曼常數 (kb)、粒子質量 m 和密度 n。 此外,他們還觀察了這些輸運體積在超流體相變附近的臨界發散行為,發現酉費公尺超流體具有相當大的臨界區域(約比液氦超流體的臨界區域大100倍)。 這一發現為進一步利用該系統進行量子模擬研究奠定了基礎,以了解強相關費公尺系統中的反常傳輸現象。

請允許我指出,這一段解釋了其結果的重要性。 測量結果確實是理論上的**,這個超冷費公尺原子系統比液氦好得多,臨界區要大100倍。

閱讀另一篇新聞稿:

《科學》雜誌的審稿人高度評價了這項工作,稱它“展示了這個**呈現壯觀的'巡迴演出'實驗,..這是一篇非常令人印象深刻的文章,有望成為量子模擬領域的乙個里程碑this **could be a milestone in quantum simulation...

這一段好像沒什麼可評論的! 但是,我仍然需要注意,這裡的乙個關鍵詞是“量子模擬”,即用另乙個量子系統模擬乙個量子系統。 我最近出版了一本科普書《量子資訊簡介》,其中介紹了量子計算。 其實量子計算和量子模擬的基本思路非常相似,兩者都使用乙個物理系統來模擬另乙個系統,並將乙個難題轉化為另乙個相對容易解決的系統,所以人們經常把兩者統稱為“量子計算和量子模擬”。

最後,我想請大家思考乙個社會現象。 這種社會現象被稱為“公民科學”。 過去常說量子通訊是**,而這些從事量子通訊的人就是**! 後來,我的這些同事在量子計算領域取得了不少成績,然後明克就生氣地說,量子計算也是假的,這些人想通過量子計算把注意力從量子通訊上轉移開來! 現在,科學家們在量子模擬等很多領域都取得了成果,比如最近實驗證明複數在量子力學中是不可或缺的(),明克應該怎麼說呢? 難道說這一切都是假的嗎?

世界上有些人不斷做著實際的事情,有些人甚至無法理解別人在做什麼,他們只知道如何嘰嘰喳喳地噴別人。 對於這樣的人,我們能說些什麼呢? 這是可悲和可悲的。

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