由联合量子研究所Dina Genkina制作
正常情况下，开始指向相反方向的离子自旋会相互作用并达到平衡，没有它们开始的痕迹
但是，当容器中的倾斜足够大时，它们会一直指向原来的方向，从而产生一个多体局部状态，记住它的初始配置
信用:JQI 一句波斯格言表达了世界短暂的本质，尤其是由亚伯·林肯和乐队OK Go使用的格言:“这也终将过去
" 物理学家对这一规则有自己的解释
它说，随着时间的推移，扭动和皱纹——实际上是任何小的干扰——往往会得到解决
例如，将几滴蓝色食用色素混合到一些蛋糕面糊中，会使整批蛋糕呈现蓝色；从河流流入咸海洋的淡水会扩散开来，形成一个稍微不那么咸的海洋；一股冷风进入你的房间，会与室内空气混合，达到一个更冷的温度
基本思想是，只要有足够的时间，一切都会达到平衡，不管它从哪里开始
这种平静的规则有几个明显的例外
在原子和电子的量子世界中，如果容器不光滑，被限制在由电场和磁场组成的容器中的粒子——类似于限制蛋糕糊的碗——可能会被卡住
当这个“碗”是粗糙的，无序的，随机的，粒子不能决定走哪条路，而是留在原地
奇怪的是，即使当一束这些定域粒子被允许相互影响时，它们也能设法保持定域，不交换能量，避免平衡
这种效应，被称为多体定位(MBL)，赋予粒子一种关于它们起源的记忆
现在，科学家们找到了一种新的方法来制造不会消失的干扰
他们没有依靠无序来冻结东西，而是将量子粒子的容器倒向一边——这是一个在实验室中更容易变戏法的技巧
大学帕克教授的实验小组克里斯托弗·门罗和JQI研究员阿列克谢·戈尔什科夫的理论小组合作，他也是量子信息和计算机科学联合中心的研究员和国家标准和技术研究所的物理学家，已经使用捕获的离子来实现这种新技术，证实它阻止它们的量子粒子达到平衡
该团队还首次用新的小费技术测量了信息传播的速度
他们最近在《自然》杂志上发表了他们的结果
“这种多体定位方法的一个优点是我们不需要这种紊乱，”马里兰大学前物理学研究生刘(现在是QuEra Computing的研究科学家)说，他是这项工作的主要理论家
“在原始系统中，无序是以随机的形式实现的
但是用这种方法，每次你做一个测量，你会得到完全相同的结果
它让我们有可能更有效地利用这种多体定位来做一些有趣的事情
" JQI实验中的扰动不是颜色(如面团的例子)或温度(如你房间里的空气)，而是离子的旋转——它们的内部小磁铁可以指向上或下(或同时指向两者，如量子叠加)
这些离子自旋位于形状不像碗而是像单排鸡蛋盒的容器中，每个离子驻留在容器的不同凹坑中
正常情况下，一段时间后，所有的旋转都会一致地指向同一个方向，不记得每个旋转一开始是指向上还是指向下
通过单独控制离子，科学家可以准备一个指向上的自旋，而其余的指向下
有了一个扁平的鸡蛋盒容器(就像它坐在桌子上)，单个自旋扰动可以在离子之间跳跃，与邻居聊天，并最终使所有的离子同意一个统一的配置
在传统的多体定位中，随机和无序主宰着一天，鸡蛋盒上的凹痕以随机的方式相互上下偏移，瘫痪了原地的每一次旋转
研究小组没有增加混乱，而是倾斜鸡蛋盒，以平滑、一致的方式将每个酒窝向左偏移一点，高于它的邻居
这也导致了自旋的本地化，但原因却大不相同
量子粒子具有类似波浪的特性，一旦它们开始向倾斜的方向向下滚动，它们就会被鸡蛋盒凹坑的边缘反射
因此，它们不是永远向下滚动，而是一次又一次地向下滚动和向上反弹，这将它们限制在容器的小区域内
对于单个粒子，这种钉扎机制从20世纪30年代就已经为人所知
但是，它是否会在许多粒子之间的相互作用面前持续存在，并停止平衡，直到最近才被探索出来
事实上，倾斜鸡蛋盒会导致平衡破坏的想法直到2019年才被提出
JQI团队在他们的实验中证实了这一点
他们使用紧密聚焦的激光，单独调整每一个离子，让它们处于高度受干扰的状态，自旋指向交替的方向
与此同时，他们有额外的激光照射在一起的所有离子，使他们能够相互交谈，即使相距甚远
研究小组发现，如果倾斜足够高，离子的自旋会在很长一段时间内保持在原来的状态，拒绝屈服于平衡
除了概念上的飞跃，创造一个没有混乱的MBL可能会带来某些实际优势
首先，实验上更容易实现平滑倾斜(事实上，无论他们是否愿意，在JQI实验中都存在小的倾斜)
其次，它使测量变得更加简单
第三，这种方法不受MBL意外崩溃的影响
在基于规则无序的MBL中，凹坑的随机偏移需要很大
如果不是，本地化可能会在某些地方崩溃，并感染整个批次
有了平稳的倾斜，就没有这样的风险
这为使用多体定位来创建健壮的内存开辟了可能性
MBL可能有助于在未来的量子计算机中保存量子信息，或者有助于保存像时间晶体或拓扑相位这样的奇珍异宝
在过去的一年里，报道了另外两个实现该方法的实验
H的团队
中国杭州的王用超导量子比特建立了它，德国慕尼黑的莫尼卡·艾德尔伯格团队用超冷原子实现了它
“我们的三篇论文有很多共同的主题，”威廉·莫荣说，他是JQI大学的博士后研究员，也是这项工作的主要作者，“我想说，所有的论文一起给出了一个更完整的现象的图片，然后分别单独
" 然而，JQI小组是唯一一个证明多体局域化的另一个关键特性的小组:它们的离子之间纠缠的缓慢扩散
该团队使用了一种改编自核磁共振成像的技术来测量纠缠在原子间传播的爬行速度，这是MBL的标志
“我认为我们的工作展示了现代量子模拟平台取得的令人兴奋的进展，”莫荣说，“我们已经达到了对这些平台上的量子粒子集合有足够控制的地步，我们可以阅读一篇理论论文，描述在特定系统中出现的一些有趣的效应，对我们为自己创造这种效应所需的力进行编程，并测量粒子之间量子纠缠的微妙特征，只有当你可以单独观察每个粒子时，这些特征才会被揭示出来。”
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