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清华大学团队首次观测到单离子量子相变,全新调控方法可应用于离子量子计算与模拟

Evelyn Zhang

在热力学极限下,量子相变(Quantum phase transitions,QPTs)通常与多体系统的基态在零温度下随哈密顿量中某个参数的变化而发生突变有关。

最近人们认识到,量子玻色子也可以发生在仅由一个两能级原子和一个单模玻色子场组成的系统中,该系统用量子拉比模型(QRM)来描述。

在他们刊登于《自然·通讯》(Nature Communications)的最新研究成果中,清华大学交叉信息研究院段路明研究组的研究人员们报告了一个实验演示,利用单个囚禁离子模拟了量子拉比模型,并首次在该模型中观测到量子相变现象。

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该研究发展了离子的量子调控方法,利用绝热演化和高纯度的态制备,将量子拉比模型推到极端的参数空间,在此基础上观测了两个序参量的变化,包括离子自旋态和描述离子运动的声子数。

从序参量在比率增加下的定性行为,研究团队得到量子相变存在量子拉比模型(QRM)中的有力证据,尽管比率参数还不够大,不足以对临界现象进行精确的标度分析。

该实验发展的量子调控方法,在离子量子计算与模拟中也有重要应用。研究工作得到了国家重点研发计划、北京量子信息研究院、国家自然科学基金和北京自然科学基金的资助与支持。相关研究论文题为“Observation of a quantum phase transition in the quantum Rabi model with a single trapped ion”。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源:https://www.nature.com/articles/s41467-021-21425-8?utm_source=other&utm_medium=other&utm_content=null&utm_campaign=JRCN_1_LW01_CN_natureOA_article_paid_XMOL

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