海德堡大学
在左边，处于稳定平衡构型的无序的经典磁体集合
平均来说，系统似乎没有被磁化
在右边，弗洛奎特工程公司阻止了磁铁的重新定向
尽管无序，但量子磁体在很长一段时间内保持它们的排列构型
信用:塞巴斯蒂安·盖尔 粒子、原子、分子甚至像磁铁这样的宏观物体之间的力是由自然的相互作用决定的
例如，两个紧密放置的条形磁铁在磁力的影响下重新排列
由教授领导的团队
博士；医生
马提亚斯·魏德米勒和博士
海德堡大学量子动力学中心的格哈德·苏恩现在已经成功地实现了它的目标，不仅改变了微观量子磁体之间相互作用的强度，而且改变了这种相互作用的本质，即自旋
特别制备的磁体可以长时间保持其原始取向，而不是陷入完全无序的状态
有了这些发现，海德堡物理学家成功地证明了在孤立的量子系统中自旋相互作用的可编程控制
当磁性系统在不稳定的配置中准备好时，它们会表现出令人惊讶的行为
例如，将空间无序磁偶极子(例如条形磁体)的集合约束在同一方向，将导致磁体的后续重新定向
这最终导致所有磁体随机取向的平衡
虽然大多数研究过去仅限于经典磁偶极子，但最近有可能使用所谓的量子模拟器扩展量子磁体的方法
合成原子系统在一个控制非常好的环境中模拟磁现象的基本物理，在这个环境中，所有相关的参数几乎可以随意调整
在他们的量子模拟实验中，研究人员使用了一种被冷却到接近绝对零度的原子气体
利用激光，原子被激发到极高的电子态，将电子与原子核隔开几乎宏观的距离
这些“原子巨人”，也被称为里德堡原子，在几乎一根头发丝宽的距离上相互作用
“里德堡原子的系综表现出与相互作用的无序量子磁体完全相同的特征，使其成为模拟和探索量子磁性的理想平台，”Dr
尼希瓦迪·塔伊卡罗恩，教授博士后
魏德米勒的团队在物理研究所工作，现在作为泰国的教授继续她的研究
海德堡物理学家的基本技巧是通过采用核磁共振领域的方法来控制量子磁体的动力学
在他们的实验中，研究人员应用特别设计的周期性微波脉冲来改变原子的自旋
一个主要的挑战是使用这项技术精确控制原子自旋之间的相互作用，这项技术被称为Floquet工程
“微波脉冲必须以十亿分之一秒的时间尺度施加到里德堡原子上，这些原子同时对任何外部扰动都超级敏感，不管这些扰动有多小，比如微小的电场，”博士说
克莱门特·海纳特，团队的博士后，最近搬到里尔大学(法国)
“尽管如此，我们成功地阻止了自旋看似不可避免的重新定向，并通过我们的控制协议保持了宏观磁化，”博士生塞巴斯蒂安·盖尔解释道
“使用我们的Floquet工程方法，现在应该有可能逆转时间线，使自旋系统在经历了非常复杂的动力学过程后逆转其演化
这就像一块碎玻璃在摔到地板上后神奇地重新组装起来
" 这些研究是朝着更好地理解复杂量子系统中的基本过程迈出的重要一步
“第一次和第二次量子革命导致了对系统的理解和对单个物体的精确控制，在这之后，我们相信我们以可编程方式动态调整相互作用的技术开辟了通往量子技术3的道路
0，”物理研究所教授、海德堡大学量子动力学中心主任马蒂亚斯·魏德米勒总结道
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