光学和光子学

光可以像磁铁一样运转

字号+ 作者:admin 来源:小丑鱼-分享科普知识 2019-11-17 23:33

在绝对零温度下,光子的行为类似于磁偶极子。这是来自瑞士EPFL和法国巴黎狄德罗大学的物理学家提出的量子模拟器的最新结果。理论研究证明,简单的光子学设备可用于模拟复杂材料在极端条件下的行为,而这些实验在实验室中实际上是很难做到的。 包含许多相互作用粒子的浓缩物质系统(例如磁性材

  在绝对零温度下,光子的行为类似于磁偶极子。这是来自瑞士EPFL和法国巴黎狄德罗大学的物理学家提出的量子模拟器的最新结果。理论研究证明,简单的光子学设备可用于模拟复杂材料在极端条件下的行为,而这些实验在实验室中实际上是很难做到的。

光可以像磁铁一样运转

  包含许多相互作用粒子的浓缩物质系统(例如磁性材料)显示出复杂的行为,即使使用最复杂的计算机程序也很难建模。但是,可以使用受制于相同量子力学定律的人工结构(或量子模拟器)对这种行为进行建模-这个概念由理查德·费曼(Richard Feynman)于1981年首次提出。

  与Ising模型中的行为相同

  当磁体冷却到接近绝对零时,它们会经历量子相变–即,它们在两种状态之间切换。新的量子模拟器,通过提出蒙特拉萨沃纳的的EPFL和他的同事,可以在所谓的伊辛模型,它描述了相互作用的量子磁自旋显示同样的行为。

  EPFL的研究主要作者Riccardo Rota解释说:“模拟器由一系列非线性光学谐振器组成。” 当将光子成对注入谐振器时,光子数的奇偶性得以保留。这种守恒的对称性可以自发地破坏,从而引起量子相变。”

  他说,实际上,谐振器中的光子的行为与跨越几乎绝对零量子相变的磁偶极子的行为相同。物质的两个不同状态之间的这种过渡是由于海森堡不确定性原理引起的量子涨落而发生的。

  虚拟实验

  在他们的研究中,研究人员使用大规模的“角空间重新归一化”数值模拟法求解了控制谐振器中光子的基本方程。Rota说:“令人惊讶的是,对结果的分析显示出了量子磁体通常期望的普遍行为的出现。” “我们证明了这种普遍性是由成对注入产生的许多光子的量子态映射到接近绝对零的温度下的磁偶极子的量子态引起的。

  “简而言之,我们现在可以使用这些光粒子在量子磁体上进行虚拟实验,而不必自己设置实验。”

  迈向实验室版本

  研究人员说,模拟器实际上可能是在实验室中使用超导电路构建的。电路将耦合到激光场,以使光子在它们之间相互作用。

  他告诉《物理世界》说:“超导电路已经被世界各地的几个实验室用来开发耦合光谐振器的阵列。” “此外,耶鲁大学最近的一项实验表明,可以将成对的光子注入两个耦合的谐振器中,我们希望通过将耶鲁的技术应用于大型谐振器阵列,可以很快构建我们的模拟器。

  研究人员在《物理评论快报》(Physical Review Letters)中报告了他们的工作,他们说他们现在正在忙于研究如何模拟其他量子集体现象。Rota透露:“我们已经获得了初步结果,表明我们的模拟器还可以再现真实量子磁体中的几何挫折效应。” “将来,我们希望使用该设备研究磁自旋传输和手性的出现。”

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