原子钟模拟量子磁力

时间：2021-05-26 15:52:15 来源：

艺术家在量子仿真实验期间Jila锶原子钟原子中的互动的概念。根据在集体自旋测量中的图案JILA科学家的情况下，原子似乎是所有相互作用（由连接表示），导致原子旋转（由箭头表示）之间的相关性。可以利用相互作用原子来模拟其他量子系统，例如磁性材料。

吉拉的科学家团队首次使用了一个原子钟作为量子模拟器，模拟了不同，更复杂的量子系统的行为。

目前原子钟现在加入了可用于建模的生长物理系统列表，并且最终可以解释异国诸如高温超导体的异种材料的量子力学行为，其导电不具有阻力的电力。除了在古典计算机上模拟时，最小，大多数琐碎的量子系统都太复杂，因此对量子模拟器的兴趣。分享实验量子计算机的一些功能 - 热门研究主题 - 量子模拟器是“专用”设备，旨在提供对特定挑战性问题的洞察力。

JILA由美国国家标准技术研究院（NIST）和科罗拉多大学博尔德分校联合运营。

如8月9日的科学问题所描述的，JILA实验是用由约2,000个中性锶原子制成的原子钟进行，捕获在相交的激光束中。研究人员惊讶地发现，在某些条件下，时钟原子在磁性材料中的原子相互作用。

“这是完全出乎意料的，”Jila / Nist Jun Yee Jun Ye说。“我们根本不寻找这个，我们只是天真地试图了解粒子相互作用，作为我们进一步改善时钟的一部分。我们惊喜地发现我们现在可以使用时钟作为强大的量子设备来研究磁自旋相互作用。“

锶时钟原子如100个煎饼的堆叠布置，每个堆叠含有约20个原子。通常，原子均在旋转到红色激光脉冲，在两个能级之间切换。但研究人员发现原子也可以彼此相互作用，首先成对，最终都在一起。直到现在研究人员正在尝试消除这些相互作用，这在原子钟中是不希望的，但它们可以转变为量子模拟器的强大功能。

锶原子具有用于时钟目的的两个能级，每个能级都具有特定配置的电子。在JILA模拟中，所有原子以相同的电子配置开始，也称为旋转状态。来自一个非常稳定的红色激光的快速脉冲将所有原子放在同时上下上下旋转的“叠加”中。叠加的可能性是量子世界最值得注意的特征之一。当激光器关闭时，原子开始相互作用。从同一激光的另一个脉冲击中原子以制备集体自旋测量，然后基于任何检测到的荧光，所有原子的最终旋转状态的不同激光措施。

在古典物理学中，这种测量将有明确的结果，没有任何“噪音”或不确定性。然而，在量子世界中，旋转测量通常具有随机的噪声量。在JILA实验中，相关的相关性随着时间的推移而在一些原子的旋转之间的噪声模式之间。YE表示这些相关性建议原子变得缠绕，另一个不寻常的量子特征，其将分离的粒子的性质联系起来。然而，Jila研究人员尚未表现出明确的测试证明纠缠。

吉拉理论家Ana Maria Rey帮助解释了Ye的实验团队观察到了什么。对于少量粒子，约30个原子，Rey计算出时钟原子相互作用遵守与描述磁性材料中电子行为类似的数学公式。但是，如果包括更多原子，经典计算将无法跟上实验结果。未来Jila团队希望在继续开发解释调查结果的情况下执行更复杂的模拟。

原子钟加入了最近在NIST和其他地方展示的普朗斯图模拟器的越来越多的普通模拟器列表。

吉拉研究得到了NIST，国防高级研究项目机构，科学研究，国家科学基金会和陆军研究办公室的空军办公室。

出版物：M. J. Martin等，“光学格子时钟中的量子多体旋转系统，2013年8月9日：卷。 341号。 6146 PP 632-636; DOI：10.1126 / science.1236929.

图像：耶和华吉拉叶集团和布拉德·巴克利

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