科学家在实验室中创造了奇特的量子“域墙”

芝加哥大学的科学家已经能够在实验室中随意创造一种新的量子物体。"域壁"。这一发现可以帮助研究人员更好地理解奇异的量子粒子--并可能为未来的新技术给出路径，如量子电子学或量子存储器。

这项研究于2022年2月2日发表在《自然》杂志上，是在Cheng Chin教授的实验室进行的，该实验室研究新型量子系统和支撑它们的物理学。在他们的一个实验中，芝加哥大学的科学家们注意到在极低的温度下，原子中出现了一个有趣的现象。在适当的条件下，原子组可以分离成域，并在它们相遇的交界处形成一道"墙"。这个域壁的行为就像一个独立的量子物体。

这项研究的第一作者、博士生Yao Kaixuan说："这有点像沙漠中的沙丘，它是由沙子组成的，但沙丘的行为就像一个物体，与单个沙粒的行为不同。"

科学家们曾在量子材料中瞥见过这些域壁，但此前，他们无法可靠地生成和分析它们。现在，芝加哥大学的物理学家创建了制作和仔细研究这些壁的配方，他们观察到了令人惊讶的行为。科学家们对编排这些行为感兴趣，部分原因是它们可以成为未来技术的基础。

"我们在控制原子方面有很多经验，"Chin说，他被任命为物理系、詹姆斯-弗兰克研究所和恩里科-费米研究所的成员。"我们知道如果你把原子推向右边，它们就会向右移动。但是在这里，如果你把域壁推向右边，它就会向左移动。"这些域壁是一类被称为"涌现"现象的一部分，这意味着它们似乎遵循新的物理定律，是许多粒子作为一个集体行动的结果。

Chin的实验室研究这些涌现现象，认为它们可以阐明一套被称为动态量规理论的规律，该理论描述了材料以及早期宇宙中的其他涌现现象，宏观上看，当第一批粒子聚集在一起形成星系、恒星和行星时，同样的现象可能将它们聚集在一起。

这一领域的突破也可以实现新的量子技术。科学家们对这些行为的编目感兴趣，部分原因是它们可以成为未来技术的基础--例如，现代全球定位系统的基础源于20世纪50年代的科学家试图测试爱因斯坦的相对论。

"在制作可编程的量子材料或量子信息处理器方面，这种现象可能会有应用--它可以用来创造一种更强大的方式来存储量子信息，或在材料中实现新的功能，"Chin说。"但在我们能够发现这一点之前，第一步是要了解如何控制它们。"