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  • 准粒子构成的物质第五形态首次创建 将对量子计算产生重要影响

    时间:2022-10-27  来源:  作者:

    科技日报北京10月26日电 (记者刘霞)日本科学家在最新一期《自然·通讯》杂志上撰文称,他们创造出了首个由准粒子构成的玻色—爱因斯坦凝聚态(BEC),最新研究将对包括量子计算在内的量子技术的发展产生重大影响。

    BEC被称为物质的第五种形态,其他四种分别为固体、液体、气体和等离子体并列。1925年,爱因斯坦预言BEC存在。1995年,美国两位科学家在仅比绝对零度高百万分之0.17度下实现了BEC,并因此荣膺2001年诺贝尔物理学奖。目前大多数BEC由普通原子制成,由奇异原子制成的BEC还没有实现。

    激子是一种奇异原子。当光击中半导体时,能量激发电子跃迁到新能级,留下的空穴可被视为带正电荷的粒子。负电子和正空穴相互吸引形成的电子—空穴对就是一个呈电中性的准粒子——激子。准粒子不是标准粒子物理模型描述的17种基本粒子之一,但仍拥有电荷和自旋等基本粒子的特性。激子包括正激子和副激子,已被用于制造电子—空穴等离子体等。

    在氧化亚铜内产生的类氢副激子被认为是在半导体内制造激子BEC最有希望的候选材料之一。在最新研究中,研究团队使用稀释制冷机将大块氧化亚铜内的副激子冷却到0.4开尔文(约零下273.11摄氏度)以下,制造出了激子BEC,并使用中红外诱导吸收成像技术,在真实空间内直接可视化激子BEC,精确测量其密度和温度等,以区分激子BEC和普通原子BEC之间的异同。

    他们接下来计划研究半导体内激子BEC如何形成的动力学,并研究激子BEC的集体激发,最终目标是建立一个基于激子BEC系统的平台,以进一步阐明其量子特性,并更好地理解与其环境强耦合的量子比特的量子力学。(科技日报)

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