国家重点研发计划光晶格中量子模拟研究获新进展

本文来自科技日报 记者 王海滨

国家重点研发计划《基于光晶格超冷量子气体的量子模拟》项目获得新进展。9月18日，记者走进山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室的超冷分子实验室，采访了项目负责人、山西大学教授肖连团。

实验室一角。肖连团团队提供

“目前，我们的研究新进展有三项。”肖连团介绍说，一是实现了强相互作用超冷费米气体的无摩擦做功，消除了量子多体系统中存在的量子摩擦，同时观测了标度不变费米气体地超级Efimov 动力学效应。二是在碱土和类碱土金属超冷原子中研究了强自旋交换相互作用诱导的对称性保护的拓扑态。三是冷原子体系拓扑物态量子模拟方面取得重要进展。

肖连团教授在实验室。肖连团科研团队提供

量子调控与量子信息研究是当今物质科学、信息科技和国防建设等领域的前沿阵地。通过把原子放在光晶格中等方法构建宏观量子体系，发展超越光电磁等传统的外场操控手段，采取量子操控手段，进而对量子现象实现调控和开发应用，从而在研发新材料、构筑新结构、发现新物态等方面突破经典极限，在未来的信息、能源和国家安全等战略发展领域中将起到关键作用。目前，世界主要发达国家的尖端研究机构均在该领域投入了大量的人力物力，国际竞争态势已经形成。

肖连团教授（中）指导科研。肖连团科研团队提供

目前，项目研究获得了一批具有自主知识产权的关键核心量子模拟和调控技术。项目围绕光晶格中超冷量子气体中基于强相互作用的量子多体模拟总体目标，在该体系中精准构建强关联量子多体模型、发展高精度操控和测量技术以及实现新奇量子物态。研究建设光晶格中超冷原子、极性分子量子气体实验平台，发展高灵敏高分辨探测技术和高精密的相干光学操控技术，通过操控该量子多体系统的几何构型、维数、相互作用和内部自由度，研究光晶格中的超冷原子气体量子关联效应和极性分子长程偶极相互作用，以及其诱导的各种新奇量子现象、低维量子磁性和拓扑物态等新奇物相及相变行为。

科研团队在超冷量子气体精密操控、超冷量子气体非平衡动力学调控以及新奇量子相变物理的研究中取得了一批标志性成果。申请国际/国家发明专利20余项，研究成果获得了国内外学术界的广泛关注。培养和凝聚了一支能够协同攻关，面向国际科技舞台和国际前沿，思想活跃，具有创新能力的超冷原子物理与量子信息科学交叉领域的优秀科研队伍。

我国在科技创新2030重大项目中明确将“量子通信与量子计算机”予以重点部署，该领域的总体研究目标是建立全新的量子调控与量子信息技术，开发实用化的量子器件，为构建未来信息技术奠定理论、技术和人才基础。当前，光晶格中超冷原子分子量子体系已经成为模拟量子多体物理的重要平台，该体系中具有量子磁性和拓扑特性的新奇量子物态及其相变，能够推动未来信息和材料科学领域的革命性发展。在该体系中精准构建强关联量子多体模型、发展高精度操控和测量技术以及实现新奇量子物态是亟待解决的前沿和热点问题，研究工作极具挑战性和创新性。

据介绍，这个项目的牵头单位为山西大学，参与单位包括华东师范大学、浙江大学和复旦大学。项目依托国内四个国家重点实验室的超冷原子和极性分子量子气体的研究平台，参与研究人员有近百人。