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通过制作世界最高浓度的室温量子自旋金刚石结晶,成功观测理论上存在的“时间结晶”

2017/03/09

Image by 123dartist/Shutterstock

筑波大学知能界基础研究中心 磯谷顺一名誉教授,国立研究开发法人量子科学技术研究开发机构高崎量子应用研究所 小野田忍博士,住友电器工业有限公司先进材料研究所 角谷均博士等人,与哈佛大学(美国),乌尔姆大学(德国),普林斯顿大学(美国),加利佛尼亚大学巴克利分校(美国)等研究团队的共同研究中成功地证明了离散时间晶体能在室温下形成。

像液体转变成晶体的相变这样的三维空间平移对称性破缺在物理领域众所周知是可能的,然而时间平移对称性破缺的存在只停留在理论阶段,还没有被证实。在本次研究中,运用拥有金刚石中强烈的相互作用和不规则性特质的大约100万个量子电子自旋集团,在室温下成功观测到离散的时间结晶的生成。这次的样品由本研究团队开发的运用高温电子射线照射技术制作而成,金刚石结晶中的NV中心的平均距离为5nm,拥有世界最高浓度含量。能在非平衡状态的量子系中实现如时间平移对称性破缺的离散时间结晶这一新相,这堪称是量子多体系的动力学控制中里程碑的成果。可以期待,未来这一技术运用于量子计算的量子内存和量子测量的高精度化之中。

图 在本研究中使用的金刚石结晶
(左)高压高温法金刚石结晶:置换碳原子的形式,含有高浓度(百分之十左右ppm程度)杂质氮原子,因此呈现出黄色。
(中)含有高浓度的NV中心的结晶:NV中心能强力吸光,因此多为黑色。
(右)含有低浓度的NV中心的结晶:运用了含杂质浓度低的结晶和低密度的电子射线照射。虽然浓度十分低仅有0.05ppm,而NV中心的着色却十分明显。

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