新華社北京１０月１１日電（記者吳晶晶）中國科學院１１日宣布，我國科學家在超冷原子量子模擬領域取得重大突破。中國科學技術大學和北京大學聯(lián)合團隊在國際上首次理論提出并實驗實現(xiàn)超冷原子二維自旋軌道耦合的人工合成，測定了由自旋軌道耦合導致的新奇拓撲量子物性。研究成果發(fā)表在最新一期國際權威期刊《科學》上。

論文第一通訊作者、中科大潘建偉院士表示，這一關鍵突破將推動拓撲超流、拓撲超導等新奇拓撲量子物態(tài)的研究，進而給人們對物質世界的深入理解帶來重大影響?！犊茖W》雜志評論認為，該工作“對研究超越傳統(tǒng)凝聚態(tài)物理的奇異現(xiàn)象具有重大潛力”。

論文通訊作者之一、北京大學教授劉雄軍介紹，自旋軌道耦合是指粒子自旋和軌道運動之間的相互作用，它在自旋電子學、拓撲絕緣體、拓撲超導體等凝聚態(tài)物理最前沿研究中扮演關鍵角色。但現(xiàn)實固體材料存在難以控制的復雜環(huán)境，難以進行新奇物態(tài)的研究，因此科學家們想到在可控的人造量子系統(tǒng)中模擬自旋軌道耦合。

“超冷原子是指原子處于接近絕對零度，在超冷原子中實現(xiàn)人工自旋軌道耦合被國際上認為是最有可能實現(xiàn)新奇物態(tài)研究突破的方法之一，國外相關研究多次獲得諾貝爾獎?！迸私▊フf，“過去五年里，在超冷原子中實現(xiàn)一維人工自旋軌道耦合在實驗上實現(xiàn)，取得了一系列成果。但要探索更加廣泛深刻的新型拓撲量子物態(tài)，必須獲得二維以上的自旋軌道耦合，這極具挑戰(zhàn)性，國際上多個團隊均在為此努力?！?/p>

為此，劉雄軍理論小組提出了拉曼光晶格量子系統(tǒng)，克服了國際上其他方案的缺點?；谠撓到y(tǒng)，不僅可完好地實現(xiàn)二維人工自旋軌道耦合，并能得到如量子反?；魻栃屯負涑鞯壬羁痰幕疚锢硇?。

基于這一理論方案，潘建偉、陳帥、鄧友金等組成的實驗小組在經(jīng)過多年艱苦努力發(fā)展起來的超精密激光和磁場調控技術的基礎上，成功地構造了拉曼光晶格量子系統(tǒng)，合成二維自旋軌道耦合的玻色－愛因斯坦凝聚體。

潘建偉表示，這項工作顯示我國在超冷原子量子模擬相關研究方向上已走在國際最前列?；诖斯ぷ骺裳芯咳碌耐負湮锢恚ü腆w系統(tǒng)中難以觀察到的玻色子拓撲效應等，從而為相關研究開辟一條新道路。

“此前科學家們認為，通過１０到１５年的努力，人類可以實現(xiàn)８０到１００個量子比特的相干操縱，實現(xiàn)量子計算機的速度超越目前最快的超級計算機?，F(xiàn)在我可以說，這一研究使我們在此方向上邁出了堅實的一步?！迸私▊フf。