使用'solid'光来回答以前无法解决的问题

通过结晶光线，普林斯顿大学的研究人员已经开始解决关于物质基本研究的问题。

研究人员不透过晶体 - 它们正在将光线变成晶体。作为开发室温超导体如室温超导体如室温超导体的努力的一部分，研究人员将光子锁定在一起，光子的基本元素，使它们变得固定到位。

“这是我们以前从未见过的事情，”电气工程副教授和研究人员之一副教授安德鲁·侯克说。“这是光明的新行为。”

结果提高了各种未来材料的兴趣可能性。但研究人员还打算使用该方法来解决关于物质基本研究的问题，这是一种称为凝聚物物理的领域。

“我们有兴趣探索 - 并最终控制和指导 - 原子水平的能源流动，”电气工程助理教授和研究团队成员的助理教授HakanTüreci说。“目标是更好地了解目前的材料和流程，并评估我们无法创造的材料。”

该团队的调查结果在9月8日在“物理审查”X中，是通过创建可以模拟亚原子粒子的行为的设备来回回答关于原子行为的基本问题的努力的一部分。这种工具可以是一种无价的方法，用于回答有关原子和分子的问题，即使在今天最先进的计算机上也是不可否认的。

部分原因是，因为目前的计算机在经典力学规则下运行，这是一个描述了包含保龄球和行星等东西的日常世界的系统。但是原子和光子的世界遵守量子力学规则，包括许多奇怪和非常违反直觉的特征。这些奇数属性之一被称为“纠缠”，其中多个粒子被连接，并且可以长距离相互影响。

量子和经典规则之间的差异限制了标准计算机有效地研究量子系统的能力。由于计算机在古典规则下运行，因此它根本无法与量子世界的许多功能挣扎。科学家长期以来，认为基于量子力学规则的计算机可以让他们致力于目前无法解决的问题。这样的计算机可以回答有关普林斯顿团队正在追求的材料的问题，但建立通用量子计算机已经证明是非常困难的并且需要进一步研究。

普林斯顿团队正在服用的另一种方法是建立一个直接模拟所需量子行为的系统。虽然每台机器都仅限于单一任务，但它将允许研究人员回答重要问题，而无需解决创建通用量子计算机所涉及的一些更困难的问题。在某种程度上，它就像通过在风洞中的模型飞机上使用物理模拟而不是数字计算机来回答有关飞机设计的问题。

除了回答有关现有材料的问题外，该设备还可以允许物理学家通过模仿物理学家想象中只存在的材料来探索有关物质行为的基本问题。

为了建造他们的机器，研究人员创造了一种由超导材料制成的结构，该材料包含1000亿原子，以充当单一的“人工原子”。它们将人造原子靠近靠近含有光子的超导线。

通过量子力学的规则，电线上的光子继承了人造原子的一些性质 - 在链接它们的感觉中。通常，光子不会彼此相互作用，但在该系统中，研究人员能够创造新的行为，其中光子开始以某种方式相互作用，如粒子​​。

“我们使用了光子和原子的混合在一起，以人为地设计光子之间的强烈相互作用，”Darius Sadri，博士后研究人员和其中一位作者。“这些相互作用随后导致光线的全新集体行为 - 类似于液体和晶体的物质阶段，在冷凝物质中研究。”

Türeci表示，科学家们探讨了几个世纪的光的本质;发现有时光的表现得像像粒子的其他时间，如粒子。在普林斯顿的实验室中，研究人员设计了一种新的行为。

“在这里，我们建立了一种情况，其中光有效地表现出两种光子可以非常强烈地相互作用的感觉，”他说。“在一种操作模式中，像液体一样来回光槽;另一，它冻结了。“

当前装置相对较小，只有两个站点，其中人造原子与超导线配对。但研究人员称，通过扩大设备和交互的数量，它们可以提高它们模拟更复杂的系统的能力 - 从单个分子的模拟到整个材料的模拟。在未来，团队计划建立具有数百个网站的设备，他们希望观察超流和绝缘子的异国阶段。

“即使是这些小型系统也可以采取许多新物理学，”电气工程研究生和其中一位作者们，詹姆斯·雷德泰说。“但随着我们扩大规模，我们将能够解决一些非常有趣的问题。”

除了Houck，Türeci，萨德里和雷德里，该研究团队还包括瑞士埃特苏黎世理论物理研究所的一名高级研究员Sebastian Schmidt。通过：Eric和Wendy Schmidt转型技术基金提供了对项目的支持;国家科学基金会;大卫和露狼帕克拉德基金会;美国陆军研究办公室;和瑞士国家科学基金会。

出版物：J. Raftery等人，“观察耗散诱导的经典归因于量子过渡”。Rev. x 4,031043,2014; DOI：10.1103 / physrevx.4.031043

研究报告的PDF副本：观察耗散诱导的古典量子转变

图像：普林斯顿大学