Quantum Simulation的疏忽平台：金属状量子气体

图1。金属状量子气体的示意图。

冷凝物的电子性质通常由动能之间的复杂竞争，旨在重叠和将电子波函数横跨晶格，以及定位电子 - 电子相互作用。相反，气相的特征在于具有良好定义的能量的离散量子状态围绕离子原子核心紧密地局部的价电子。

作为两种情况的异国情调的混合动力，当隔离原子的气体突然被激发到电子波函数在空间上重叠时的状态时，可以追究哪些物质状态？然而，这种异国情调的物质阶段已经是原则上不可能创造的。

图2。观看下面的视频版本。用金属状量子气体组装的新量子模拟器的示意图，用于模拟由库仑相互作用主导的多体电子。

在这里，日本国家自然科学研究所的肯尼·霍姆米教授，他的同事已经实现了这种异国杂交，具有重叠的高谎言电子（rydberg1））波浪函数在仅在10 picoseconds内连贯地创建（pico =通过超速率激光激发超级晶晶的超级激光激发（参见图1）。空间重叠程度以近50纳米精度和精度（Nano =十亿分）主动调整。这种异国风格的金属样量子气体在精致的控制和长期衰减，纳秒腐烂，为模拟由库仑相互作用主导的超自行的多态物理学的全新制度（参见图2及其视频版本）以下）。

通过在气相中的铷原子的集合进行实验。通过激光/蒸发冷却3）将其冷却至低于绝对零温度2的1百万小时的1个keelvin的温度。在具有逆向传播激光束形成的高能量最低量子状态中的那些超低量子状态，称为Bose-Einstein凝结物4）的立方晶格中，形成由反向传播激光束形成的，导致由30,000个原子组成的人工微晶。最近的邻居是0.5微米。使用脉冲宽度为10微克秒（PICO = 1万吨）的超短激光脉冲，照射具有几十微米尺寸的微晶。

然后观察到，在每个相邻原子中被限制的电子激发到其巨型电子轨道（Rydberg Orbital1）），使得它们彼此的空间上重叠（参见图1）。通过改变选择轨道的激光频率，通过改变激光频率来极大地控制重叠程度。

当这些松散的电子的轨道彼此重叠并且原子开始分享其轨道时，它们进入新的金属样量子气体状态。Ohmori教授和他的同事通过首次创造了金属样量子气体。这种异国情调的物质阶段预计为量子仿真5的疏忽平台，超快多气体仿真（参见图2及其视频版）为主导的超自递质（参见图2及其视频版本），这将增强我们对物理性质的理解，包括超导和磁性，以及可能有助于开发新功能材料的破坏性创新。

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词汇表：

1）Rydberg Atom / Orbital：“Rydberg Atom”是一种原子，其电子在电子轨道中被称为“Rydberg轨道”，其距离其原子核心大的距离。Rydberg轨道的直径可以从数百纳米（Nano = 10-9）到微米（Micro = 10-6）。在Rydberg轨道中移动的电子称为“Rydberg电子”。由于其具有负电荷的Rydberg电子与具有正电荷的原子芯之间的长距离，rydberg原子具有大的偶极矩，因此rydberg原子之间的相互作用是远程相互作用。由于这种远程相互作用，Rydberg原子被认为是组装量子模拟器5的最有前途的构建块之一）。

2）绝对温度：“绝对温度”是温度级，其中零度定义为所有原子和分子停止移动的温度。该单位是开尔文。Zero Kelvin称为“绝对零温度−”，273.15摄氏度，零度摄氏度为+273.15 kelvin。

3）激光/蒸发冷却：“激光冷却”是一种用激光冷却原子的技术，与绝对零2的靠近绝对2）。当原子吸收激光时，它接收激光的动量，使得它朝向激光的传播方向推动。当原子对抗激光时，其速度逐渐减小，其能量降低。因此，可以将原子的整体冷却至在绝对零温度2的绝对温度2上以上的左右1千分之一的1千辛的温度。进一步蒸发这些冷原子的热部分导致低于1百万百万分的1个Kelvin2的温度。

4）Bose-Einstein冷凝水：量子机械颗粒被分成两类，称为“玻色子”和“污物”，这取决于它们的物理性质。本研究中使用的铷原子是骨髓。当冷却玻源的集合时，它突然在接近零kelvin2的临界温度下经历一个相位过渡到能量最低的量子状态。这种合奏被称为Bose-Einstein冷凝物（BEC）。它在1924年至1925年理论上由爱因斯坦预测，并于1937年首次被发现为Superfluid Helium-4。

5）Quantum Simulator：专用于模拟量子的量子计算机的量子计算机被称为“量子模拟器”，其中诸如原子的量子机械颗粒被组装成用于模拟和理解的人工量子数量体系例如，在实体中彼此相互作用的许多电子的集合，而不是使用诸如超级计算机的经典计算机计算的属性。

参考：“由M. Mizoguchi，Y. Zhanguchi，Y.Tanaka，S. Takeda，N. Takea，V.Bharti，K. Koyasu，K.Koyasu，Zanaka，S. Takeda，N. Takeda，N. Takea，K. Koyasu，Zanaka，K. Koyasu，Zanaka，K.Koyasu，张zh·凯丘，张，M.Kunimi。 T. Kishimoto，D. Jaksch，A.Glaetzle，M.Kiffner，G. Masella，G. Pupillo，M.Weidemüller和K.Hymori，6月22日，2020年6月22日，物理评论信件.DOI：
10.1103 / physrevlett.124.253201