新華社北京１０月１１日電（記者吳晶晶）中國(guó)科學(xué)院１１日宣布，我國(guó)科學(xué)家在超冷原子量子模擬領(lǐng)域取得重大突破。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和北京大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次理論提出并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)超冷原子二維自旋軌道耦合的人工合成，測(cè)定了由自旋軌道耦合導(dǎo)致的新奇拓?fù)淞孔游镄?。研究成果發(fā)表在最新一期國(guó)際權(quán)威期刊《科學(xué)》上。

論文第一通訊作者、中科大潘建偉院士表示，這一關(guān)鍵突破將推動(dòng)拓?fù)涑?、拓?fù)涑瑢?dǎo)等新奇拓?fù)淞孔游飸B(tài)的研究，進(jìn)而給人們對(duì)物質(zhì)世界的深入理解帶來(lái)重大影響?！犊茖W(xué)》雜志評(píng)論認(rèn)為，該工作“對(duì)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(xué)教授劉雄軍介紹，自旋軌道耦合是指粒子自旋和軌道運(yùn)動(dòng)之間的相互作用，它在自旋電子學(xué)、拓?fù)浣^緣體、拓?fù)涑瑢?dǎo)體等凝聚態(tài)物理最前沿研究中扮演關(guān)鍵角色。但現(xiàn)實(shí)固體材料存在難以控制的復(fù)雜環(huán)境，難以進(jìn)行新奇物態(tài)的研究，因此科學(xué)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(duì)零度，在超冷原子中實(shí)現(xiàn)人工自旋軌道耦合被國(guó)際上認(rèn)為是最有可能實(shí)現(xiàn)新奇物態(tài)研究突破的方法之一，國(guó)外相關(guān)研究多次獲得諾貝爾獎(jiǎng)?！迸私▊フf(shuō)，“過(guò)去五年里，在超冷原子中實(shí)現(xiàn)一維人工自旋軌道耦合在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)，取得了一系列成果。但要探索更加廣泛深刻的新型拓?fù)淞孔游飸B(tài)，必須獲得二維以上的自旋軌道耦合，這極具挑戰(zhàn)性，國(guó)際上多個(gè)團(tuán)隊(duì)均在為此努力。”

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(guó)際上其他方案的缺點(diǎn)?；谠撓到y(tǒng)，不僅可完好地實(shí)現(xiàn)二維人工自旋軌道耦合，并能得到如量子反?；魻栃?yīng)和拓?fù)涑鞯壬羁痰幕疚锢硇?yīng)。

基于這一理論方案，潘建偉、陳帥、鄧友金等組成的實(shí)驗(yàn)小組在經(jīng)過(guò)多年艱苦努力發(fā)展起來(lái)的超精密激光和磁場(chǎng)調(diào)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功地構(gòu)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(ài)因斯坦凝聚體。

潘建偉表示，這項(xiàng)工作顯示我國(guó)在超冷原子量子模擬相關(guān)研究方向上已走在國(guó)際最前列?；诖斯ぷ骺裳芯咳碌耐?fù)湮锢?，包括固體系統(tǒng)中難以觀察到的玻色子拓?fù)湫?yīng)等，從而為相關(guān)研究開(kāi)辟一條新道路。

“此前科學(xué)家們認(rèn)為，通過(guò)１０到１５年的努力，人類可以實(shí)現(xiàn)８０到１００個(gè)量子比特的相干操縱，實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的速度超越目前最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)。現(xiàn)在我可以說(shuō)，這一研究使我們?cè)诖朔较蛏线~出了堅(jiān)實(shí)的一步?！迸私▊フf(shuō)。