科学家制造出量子“域墙” 新的量子技术成为可能

近日，科学家已经在实验室制造出一种新的量子物体——量子“域墙”。

这一发现可以帮助研究人员研究量子粒子，并为未来的新技术开辟道路，如量子电子学或量子存储器。相关研究成果发表在《自然》期刊上。

“域墙”图片根据实验数据调整和添色，图片来自于芝加哥大学Cheng Chin教授带领的芝加哥大学团队在实验时，注意到极低温度下，原子内部发生了一个有趣现象。该实验室主要研究新型量子系统及其基础物理。

在适当的条件下，原子组可以分离成域，在相遇的交界处形成一道“墙”。这道“域墙”的行为类似一个独立的量子物体。

“它有点像沙漠中的沙丘——沙丘由沙子组成，但沙丘就像一个物体，因为其行为不同于单个的沙粒。”论文第一作者Yao Kaixuan表示。

此前，科学家们在量子材料中看见过这些“域墙”，但无法进行可靠地生成和分析。芝加哥大学团队通过制造并研究“域墙”，观察到了奇特的行为。

“我们在控制原子方面有很多经验，”教授Chin说，“众所周知，如果把原子向右推，它们会向右移动。但在这里，如果你把‘域墙’向右推，它会向左移动。”

“域墙”是一类涌现(emergent)现象。简单来说，当一个实体被观察到具有其组成部分没有的属性时，涌现就出现了。

这意味着“域墙”似乎遵循着新的物理定律，它的反向移动是多个粒子作为一个集体共同作用的结果。

团队研究了“域墙”这类涌现现象，认为它们可以揭示一个定律(dynamical gauge theory)，该定律描述了材料和早期宇宙中的涌现现象，同样的现象使第一批粒子聚集在一起，形成星系、恒星和行星。

这一领域的突破也使新的量子技术成为可能。“域墙”或许可以成为未来技术的基础，正如现代全球定位系统的基础，源于20世纪50年代的科学家试图验证爱因斯坦的相对论。

“这一现象（域墙）可能会在制造可编程的量子材料或量子信息处理器方面得到应用——它能用来创造一种更稳健的方式来存储量子信息，或使材料具备新的功能。”Chin表示，“但在我们找到答案之前，第一步是了解如何控制它们。”