離子陷阱可以控制原子進行量子實驗
Y. Colombe/國家標準與技術研究所/科學圖片庫
經過數十年的觀察，研究人員發現一串原子經歷了難以捉摸的一維相變，以至於它只能在量子模擬器內發生。
“[我們實驗的]一個動機實際上是試圖理解基礎物理學。我們試圖了解物質可能處於的基本狀態，」說亞歷山大·舒克特在馬裡蘭大學。
他和他的同事利用電磁場排列了23成一條線，形成一條近乎一維的鏈。該設備可用於量子計算，但在這種情況下，研究人員使用該鏈作為模擬器。
在其中，他們一次建構了一個原子的一維鐿磁鐵。先前的計算預測，由於量子效應，這種類型的磁鐵在變暖時會變得不磁化。但過去的實驗還沒有實現這一目標。
造成這一困難的原因之一是，像量子電腦和模擬器這樣的系統通常只有在非常冷的情況下才能正常運作。舒克特說，加熱它們以發生相變可能會導致故障。
為了避免這種情況，他和他的同事調整了原子的初始量子態，以便隨著時間的推移，一維磁鐵的集體狀態發生變化，就好像它的溫度升高了一樣。這揭示了前所未有的相變。
這項成就非常奇特，因為原子鏈通常不應該經歷相變，說穆罕默德·馬格里比在密西根州立大學。研究人員之所以能夠設計它，是因為他們可以讓每個離子與遠離它的其他離子相互作用，即使它們沒有接觸。這使得整個生產線陷入了一種不尋常的集體行為。
馬格里比說，因為他們的模擬器使這種奇異的物質狀態成為可能，所以它可以用來研究自然界中非常罕見甚至不存在的理論系統。
舒克特認為量子模擬器還可以幫助解釋某些材料表現出的奇怪的電或磁行為。但要做到這一點，這些設備必須能夠達到比現在更高的溫度。他們目前只能模擬極冷的溫度，但他表示五年內可能可以進行更高溫度的模擬。
如果模擬器可以做得更大，例如將離子排列成，說安德里亞·特羅姆貝托尼在義大利的里雅斯特大學。 「這將提出新的物理學探索，」他說。
