近日，科學(xué)家已經(jīng)在實驗室制造出一種新的量子物體——量子“域墻”。

這一發(fā)現(xiàn)可以幫助研究人員研究量子粒子，并為未來的新技術(shù)開辟道路，如量子電子學(xué)或量子存儲器。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然》期刊上。

“域墻”圖片根據(jù)實驗數(shù)據(jù)調(diào)整和添色，圖片來自于芝加哥大學(xué)

Cheng Chin教授帶領(lǐng)的芝加哥大學(xué)團(tuán)隊在實驗時，注意到極低溫度下，原子內(nèi)部發(fā)生了一個有趣現(xiàn)象。該實驗室主要研究新型量子系統(tǒng)及其基礎(chǔ)物理。

在適當(dāng)?shù)臈l件下，原子組可以分離成域，在相遇的交界處形成一道“墻”。這道“域墻”的行為類似一個獨立的量子物體。

“它有點像沙漠中的沙丘——沙丘由沙子組成，但沙丘就像一個物體，因為其行為不同于單個的沙粒。”論文第一作者Yao Kaixuan表示。

此前，科學(xué)家們在量子材料中看見過這些“域墻”，但無法進(jìn)行可靠地生成和分析。芝加哥大學(xué)團(tuán)隊通過制造并研究“域墻”，觀察到了奇特的行為。

“我們在控制原子方面有很多經(jīng)驗，”教授Chin說，“眾所周知，如果把原子向右推，它們會向右移動。但在這里，如果你把‘域墻’向右推，它會向左移動。”

“域墻”是一類涌現(xiàn)(emergent)現(xiàn)象。簡單來說，當(dāng)一個實體被觀察到具有其組成部分沒有的屬性時，涌現(xiàn)就出現(xiàn)了。

這意味著“域墻”似乎遵循著新的物理定律，它的反向移動是多個粒子作為一個集體共同作用的結(jié)果。

團(tuán)隊研究了“域墻”這類涌現(xiàn)現(xiàn)象，認(rèn)為它們可以揭示一個定律(dynamical gauge theory)，該定律描述了材料和早期宇宙中的涌現(xiàn)現(xiàn)象，同樣的現(xiàn)象使第一批粒子聚集在一起，形成星系、恒星和行星。

這一領(lǐng)域的突破也使新的量子技術(shù)成為可能。“域墻”或許可以成為未來技術(shù)的基礎(chǔ)，正如現(xiàn)代全球定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)，源于20世紀(jì)50年代的科學(xué)家試圖驗證愛因斯坦的相對論。

“這一現(xiàn)象（域墻）可能會在制造可編程的量子材料或量子信息處理器方面得到應(yīng)用——它能用來創(chuàng)造一種更穩(wěn)健的方式來存儲量子信息，或使材料具備新的功能。”Chin表示，“但在我們找到答案之前，第一步是了解如何控制它們。”