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南京大学于扬、朱诗亮团队在超导量子比特中完成参数空间的新型磁单极

时候:2021-01-11阅读:0

一块磁铁有南极和北极两个磁极,把磁铁从中心劈成两半,每块都有各自的南极和北极。即便再进一步劈下去,再小的磁铁也会有南极和北极,不存在只要一个磁极的磁铁,这已成为中师长教师的知识。可是,1931年,大物理学家保罗·狄拉克用美好的数学公式和深切的物理洞察力,从实际上预言天然界中存在一种只带单一磁极的粒子,称为磁单极子。这是物理学中最诱人的预言之一,它能够诠释为甚么咱们察看到的一切带电物资的电荷都是量子化的。自此,包含杨振宁等很多闻名迷信家对其停止了深切研讨。磁单极已成长为量子力学、凝集态物理、高能物理等浩繁范畴的主要根基观点,而寻觅磁单极子也是近百年来物理学家求之不得的寻求。固然至今还未找到这类量子化磁荷的根基粒子,可是最近几年来迷信家在某些凝集态资料(比方外尔半金属)和野生量子体系发明了近似磁单极的准粒子或物理特征,从而能够在动量或参量空间中察看到狄拉克磁单极的物感性质。

狄拉克提出的磁单极存在于三维空间,被定名为狄拉克磁单极。除此之一,另有存在于五维空间中的磁单极,即闻名的杨磁单极,这是由杨振宁师长教师提出的。普通以为,物理学中有两品种型的磁单极,狄拉克和杨磁单极属于统一类,他们都是由矢量标准势发生的单极子,其磁荷是量子化的,并由拓扑陈数描绘。实际上还存在四维空间中的一类怪异磁单极,称为张量磁单极。张量磁单极由张量标准势发生,其磁荷由所谓的Dixmier-Douady 拓扑稳定量描绘。张量磁单极在弦实际中有关头感化。矢量磁单极在凝集态和野生量子体系中已有大批的尝试报道,但张量磁单极的尝试还从未被报道过。

要在野生量子体系中寻觅张量磁单极,必须处理两个关头题目:一是若何机关高维参量空间中可控的体系哈密顿量;二是若何丈量参量空间中量子态的度规张量,从而获得张量磁单极的拓扑荷。环绕这两个题目,于扬和朱诗亮研讨组经由过程实际与尝试慎密协作,在超导量操纵超导四能级野生原子在四维参量空间中机关和完成了张量磁单极的等效哈密顿量。实际上,该体系的参数空间是一个三维超球面,超球面上的每点对应于一个量子态,尝试上经由过程微波能够很好调控,并制备在对应哈密顿量的基态上。其次,基于他们提出的丈量量子度规的淬火方式,尝试间接丈量了量子态的度规张量,从而初次丈量到张量磁单极的张量标准场及其拓扑荷,即Dixmier-Douady稳定量。并且他们从实际和尝试两方面证实了此拓扑稳定量能够用来表征一类新型的拓扑相变,差别于传统的以陈数表征的拓扑相变。该任务在超导野生原子中完成了参数空间的张量单极子和Dixmier-Douady稳定量的丈量,这有助于磁单极物理、张量标准场和拓扑物理在野生量子体系中的进一步研讨。

此研讨功效以 “Experimental Observation of Tensor Monopoles with a Superconducting Qudit” 为题颁发在2021年第一期《物理批评快报》上 [Phys. Rev. Lett. 126, 017702 (2021)],并当选了封面文章和编辑保举(Editor’s Suggestion)。南京大学的谭重生副传授和华南师范大学的张丹伟传授是该论文的配合第一作者;谭重生、张丹伟、朱诗亮和于扬传授为通信作者。该任务获得科技部重点研发打算、国度天然迷信基金、广东省根本与利用根本研讨名目等的帮助。

  PRL2021年第一期封面和编辑保举截图

 

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