我科學家在超冷原子量子模擬領域取得重大突破

中國科學院11日在京宣佈，中國科學技術大學和北京大學的聯合研究團隊，在超冷原子量子模擬領域取得重大突破，在國際上首次提出實現超冷原子二維自旋軌道耦合理論，並在實驗中成功驗證。研究成果發表在最新一期國際權威期刊《科學》上。有評論認為，這將推動人們對物質世界的理解。

中國科學技術大學潘建偉院士領導的團隊主要完成了實驗驗證。他説，計算與模擬是現代科研的重要手段，但當人們對物質世界的研究進入微觀的量子領域，普通計算機就無法完成任務了，“模擬300個粒子的運動就需要全世界所有的計算機計算100萬年”。這就需要量子計算機，“但通用型量子計算機的發明還比較遙遠，專門用於某一領域研究的量子模擬就成為國際物理學界研究的焦點”。

超冷原子技術就被認為是最有望取得突破的路徑之一。潘建偉解釋，“超冷原子”就是把原子溫度降低到接近絕對零度，然後“賦予”它們量子物理學中最基本的物理效應——自旋軌道耦合，從而模擬或説“返真”量子世界的運動情況。

但該技術提出來的十幾年中，物理學家們只能在一維空間實現這一目標。理論物理學家、北京大學劉雄軍教授説：“很多有趣的現象，必須深入到二維空間才能觀察到。”為此，劉雄軍帶領理論研究小組提出了“拉曼光晶格量子系統”，計算預測在現有實驗條件下可以實現超冷原子二維自旋軌道耦合。基於這一理論方案，潘建偉領導的實驗小組成功構造了這一系統，實現了超冷原子二維自旋耦合，並能夠較為精確地進行調控。潘建偉表示：“在超冷原子二維自旋軌道耦合的研究中，我們已經走在國際最前列。”（記者 齊芳）