一种难以捉摸的物质形式，称为量子自旋液体，它不是液体，也不会旋转——但它确实是量子的。
近 50 年前就有人预测，量子自旋液体长期以来一直未能在实验室中得到明确的检测。但现在，研究人员在 12 月 3 日报告称，用激光固定的超冷原子晶格已经显示出人们长期寻找的物质形式的特征。科学。
量子纠缠在新型材料中进入超速状态。甚至晶格相对两侧的原子也共享纠缠或量子链接，这意味着远处原子的属性彼此相关。这项新研究的合著者、哈佛大学物理学家朱莉娅·塞梅吉尼 (Giulia Semeghini) 表示：“这非常非常复杂。”“如果你选择系统中的任意两个点，它们就会通过这种巨大的纠缠相互连接。”研究人员表示，这种强大的长程纠缠可能有助于构建量子计算机。
这种新材料符合对量子自旋液体的预测，尽管其构成与传统预期略有不同。虽然量子自旋液体的传统想法依赖于自旋的量子特性，它赋予原子磁场，但新材料是基于不同的原子怪癖。
标准的量子自旋液体应该出现在自旋冲突的原子之间。自旋使原子充当微小的磁铁。通常，在低温下，这些原子会以规则的方式排列它们的磁极。例如，如果一个原子指向上方，则它的邻居指向下方。但是，例如，如果原子排列成三角形，则每个原子都有两个邻居，它们本身指向相反的方向。这种安排让第三个国家无处可去——它无法同时反对两个邻居。
所以量子自旋液体中的原子拒绝选择（序列号：9/21/21）。相反，原子最终处于叠加状态，即上下自旋的量子组合，每个原子的状态都与其同胞的状态相关联。原子不断波动，永远不会稳定下来形成有序的自旋排列，类似于普通液体中的原子是分散的，而不是以规则重复的模式排列，因此得名。
在固体材料中很难获得量子自旋液体的确凿证据。在这项新研究中，研究人员采取了不同的策略：他们创造了一种由 219 个捕获的铷原子组成的人造材料，冷却至约 10 微开尔文（约 –273.15 摄氏度）的温度。原子阵列被称为可编程量子模拟器，可以让科学家微调原子相互作用的方式，以研究量子物质的奇异形式。
在新实验中，原子的自旋不是相反的，而是不同的性质造成了分歧。研究人员使用激光将原子置于里德伯态，这意味着原子的一个电子被碰撞到非常高的能级（序列号：2016 年 8 月 29 日）。如果一个原子处于里德伯态，它的邻居则不愿意处于这种状态。这种设置会产生里德伯或非里德伯的不和谐，类似于传统量子自旋液体中的旋转向上和向下的战斗。
科学家们通过研究沿着穿过材料的环落下的原子的特性，证实了量子自旋液体效应。根据量子数学，这些原子应该表现出量子自旋液体特有的某些特性。结果符合对量子自旋液体的预期，并揭示了长程纠缠的存在。
值得注意的是，材料的纠缠是拓扑性的。这意味着它是由称为拓扑的数学分支来描述的，其中对象由某些几何属性定义，例如其孔的数量（序列号：16 年 10 月 4 日 ）。拓扑可以保护信息不被破坏：例如，从柜台上掉下来的百吉饼仍然有一个洞。这种信息保存功能可能对量子计算机来说是一个福音，因为量子计算机必须应对脆弱、容易破坏的量子信息，这些信息使计算容易出错。 序列号：2020 年 6 月 22 日）。
波士顿大学理论物理学家克里斯托弗·劳曼（未参与这项研究）表示，尽管这种材料不是基于自旋，但它是否真正符合量子自旋液体的标准，取决于你选择的语言。一些物理学家使用术语“自旋”来描述具有两种可能选择的其他系统，因为它与原子自旋具有相同的数学原理，可以向上或向下。“言语是有意义的，直到它们失去意义为止，”他打趣道。这完全取决于你如何旋转它们。
