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量子皇冠体育研究人员模拟看不见的超导体行为

2024年1月26日

量子皇冠体育研究人员模拟看不见的超导体行为

A depiction of the cavity used to simulate the Cooper pairs within a BCS superconductor. Credit- Steven Burrows/Rey and Thompson groups
用于模拟BCS超导体内库珀对的空腔的描述。图片来源:Steven Burrows/Rey and Thompson group

皇冠体育和科罗拉多大学博尔德分校JILA的科学家们在《自然》杂志上发表了合作皇冠体育研究成果,为超导材料的行为提供了新的见解,并为量子技术领域提供了潜在的新应用。

“我们的论文报告了量子模拟器发展的一个突破,这是一种专门的量子计算机,它模仿了复杂的物理系统,否则是不可能皇冠体育研究或理解的,”罗伯特·刘易斯-斯旺说,他是俄勒冈州立大学量子皇冠体育研究与技术中心的原子、分子和光学物理学助理教授。“这项工作在很大程度上受到了我在2021年发表的一项皇冠体育研究的启发,该皇冠体育研究表明,这种基于原子腔系统的模拟器可以用来观察在其他环境中很难皇冠体育研究的现象。”

皇冠体育研究人员探索了Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)超导体中非平衡相的出现。BCS超导理论是由约翰·巴丁、利昂·库珀和约翰·罗伯特·施里弗于1957年提出的,该理论描述了反向运动的电子如何结合成对,并凝结成超流体状态,从而在低温下以零电阻导电。

该模拟器使用冷却到绝对零度以上百万分之一度的原子,这些原子被困在一个具有高反射镜的腔内,这些反射镜可以在很长时间内来回反射光线。原子通过发射和吸收腔内的光子有效地相互作用,”刘易斯-斯旺说。“通过这个原子光系统,我们首次能够观察到BCS超导体中的所有三个动态阶段。”

本皇冠体育研究的突破性发现为超导材料的行为提供了新的见解,并在量子技术领域提供了潜在的应用。他们还证明,使用量子原子和光的可编程模拟器可以用来皇冠体育研究自然界中不自然发生的模型。

刘易斯-斯旺说:“能够与这些高水平的实验组一起工作,在智力上是一种刺激。”“作为一名理论家,我可以把方程写在纸上,然后在电脑上进行简单的数值计算。但看到我的理论在真正的实验系统中活跃起来真的很令人兴奋。”

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这项名为“在腔QED模拟器中观察Bardeen-Cooper-Schrieffer超导体的动态相”的皇冠体育研究发表在2024年1月24日的《自然》杂志上,DOI: 10.1038/s41586-023-06911-x