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我科学家首次在量子世界观察到宇称时间对称
发布日期:2019-09-03

近日,中国科学技术大学杜江峰院士研究团队首次在量子世界中观察到宇称时间对称。该观测方法及其过程突破了传统量子体系中对量子系统的调控方法,加深了量子系统相互作用的理解,有助于人们更好认识微观世界的奇妙性质。研究成果于5月31日在线发表于国际权威期刊《Science》。

浩渺的宇宙中有无数普通或者奇妙的对称性,代表空间的宇和代表时间的宙,本身也代表一种对称性。如果物质同时满足时间和空间对称,科学家就认为他们满足宇称时间对称。为了研究物质的各种奇妙特性,科学家们会用各种方法调控出宇称时间对称状态。

经典物理世界中已经实现了对宇称时间对称状态的调控。但在量子世界,这是一个巨大的难题。量子力学理论决定了实现量子体系中的宇称时间对称状态路径非常狭窄且困难。

杜江峰院士介绍,打个比方,量子力学的世界里,“小莉”要变成一个和当前自己时间和空间都对称的自己,需要走过一条荆棘遍地,狭窄泥泞的道路。作为一个赤手空拳的小姑娘,“小莉”几乎不可能完成这个任务。

图为杜江峰团队通过量子调控,巧妙加入核自旋辅助比特“小明”,引导着小莉完成美妙的双人舞蹈,实现了量子世界中的宇称时间对称构建。

据了解,杜江峰院士实验室近年来一直专注于单自旋体系的量子控制研究。团队荣星教授和伍旸博士调控金刚石中的一个氮-空位缺陷中的电子自旋作为系统比特,他们巧妙加入核自旋作为辅助比特,实现了电子自旋的宇称时间对称调控,完成这个领域“零的突破”。

最终,聪明的物理学家们构建出一个特殊的“小世界”,造出了一个量子比特“小明”,“小明”牵着“小莉”的手,带她走上一条完全不同的路,实现量子世界中的宇称时间对称构建。“尽管这条路曲折离奇,但是隐含着对称性。”杜江峰介绍。

“这项工作为进一步研究非传统量子体系所描述的新奇物理奠定坚实的基础。”杜江峰评价道。