本文來自科技日報 記者 王海濱

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃《基于光晶格超冷量子氣體的量子模擬》項目獲得新進(jìn)展。9月18日，記者走進(jìn)山西大學(xué)量子光學(xué)與光量子器件國家重點(diǎn)實(shí)驗室的超冷分子實(shí)驗室，采訪了項目負(fù)責(zé)人、山西大學(xué)教授肖連團(tuán)。

實(shí)驗室一角。肖連團(tuán)團(tuán)隊提供

“目前，我們的研究新進(jìn)展有三項。”肖連團(tuán)介紹說，一是實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)相互作用超冷費(fèi)米氣體的無摩擦做功，消除了量子多體系統(tǒng)中存在的量子摩擦，同時觀測了標(biāo)度不變費(fèi)米氣體地超級Efimov 動力學(xué)效應(yīng)。二是在堿土和類堿土金屬超冷原子中研究了強(qiáng)自旋交換相互作用誘導(dǎo)的對稱性保護(hù)的拓?fù)鋺B(tài)。三是冷原子體系拓?fù)湮飸B(tài)量子模擬方面取得重要進(jìn)展。

肖連團(tuán)教授在實(shí)驗室。肖連團(tuán)科研團(tuán)隊提供

量子調(diào)控與量子信息研究是當(dāng)今物質(zhì)科學(xué)、信息科技和國防建設(shè)等領(lǐng)域的前沿陣地。通過把原子放在光晶格中等方法構(gòu)建宏觀量子體系，發(fā)展超越光電磁等傳統(tǒng)的外場操控手段，采取量子操控手段，進(jìn)而對量子現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)調(diào)控和開發(fā)應(yīng)用，從而在研發(fā)新材料、構(gòu)筑新結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)新物態(tài)等方面突破經(jīng)典極限，在未來的信息、能源和國家安全等戰(zhàn)略發(fā)展領(lǐng)域中將起到關(guān)鍵作用。目前，世界主要發(fā)達(dá)國家的尖端研究機(jī)構(gòu)均在該領(lǐng)域投入了大量的人力物力，國際競爭態(tài)勢已經(jīng)形成。

肖連團(tuán)教授（中）指導(dǎo)科研。肖連團(tuán)科研團(tuán)隊提供

目前，項目研究獲得了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵核心量子模擬和調(diào)控技術(shù)。項目圍繞光晶格中超冷量子氣體中基于強(qiáng)相互作用的量子多體模擬總體目標(biāo)，在該體系中精準(zhǔn)構(gòu)建強(qiáng)關(guān)聯(lián)量子多體模型、發(fā)展高精度操控和測量技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)新奇量子物態(tài)。研究建設(shè)光晶格中超冷原子、極性分子量子氣體實(shí)驗平臺，發(fā)展高靈敏高分辨探測技術(shù)和高精密的相干光學(xué)操控技術(shù)，通過操控該量子多體系統(tǒng)的幾何構(gòu)型、維數(shù)、相互作用和內(nèi)部自由度，研究光晶格中的超冷原子氣體量子關(guān)聯(lián)效應(yīng)和極性分子長程偶極相互作用，以及其誘導(dǎo)的各種新奇量子現(xiàn)象、低維量子磁性和拓?fù)湮飸B(tài)等新奇物相及相變行為。

科研團(tuán)隊在超冷量子氣體精密操控、超冷量子氣體非平衡動力學(xué)調(diào)控以及新奇量子相變物理的研究中取得了一批標(biāo)志性成果。申請國際/國家發(fā)明專利20余項，研究成果獲得了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。培養(yǎng)和凝聚了一支能夠協(xié)同攻關(guān)，面向國際科技舞臺和國際前沿，思想活躍，具有創(chuàng)新能力的超冷原子物理與量子信息科學(xué)交叉領(lǐng)域的優(yōu)秀科研隊伍。

我國在科技創(chuàng)新2030重大項目中明確將“量子通信與量子計算機(jī)”予以重點(diǎn)部署，該領(lǐng)域的總體研究目標(biāo)是建立全新的量子調(diào)控與量子信息技術(shù)，開發(fā)實(shí)用化的量子器件，為構(gòu)建未來信息技術(shù)奠定理論、技術(shù)和人才基礎(chǔ)。當(dāng)前，光晶格中超冷原子分子量子體系已經(jīng)成為模擬量子多體物理的重要平臺，該體系中具有量子磁性和拓?fù)涮匦缘男缕媪孔游飸B(tài)及其相變，能夠推動未來信息和材料科學(xué)領(lǐng)域的革命性發(fā)展。在該體系中精準(zhǔn)構(gòu)建強(qiáng)關(guān)聯(lián)量子多體模型、發(fā)展高精度操控和測量技術(shù)以及實(shí)現(xiàn)新奇量子物態(tài)是亟待解決的前沿和熱點(diǎn)問題，研究工作極具挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新性。

據(jù)介紹，這個項目的牽頭單位為山西大學(xué)，參與單位包括華東師范大學(xué)、浙江大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)。項目依托國內(nèi)四個國家重點(diǎn)實(shí)驗室的超冷原子和極性分子量子氣體的研究平臺，參與研究人員有近百人。