冲绳科学技术研究所 粒子的自旋会影响它的运动方向
如果这两个粒子向某个方向移动，它们将相互碰撞，并进一步影响它们移动的方向，如左上角所示
学分:冲绳科技学院 在日常生活中，物质以一种可预测、可预期的方式表现
如果你扔一个球，你假设它会朝某个方向运动，并有一个可预测的后坐力
此外，施加在一个物体上的力不会对另一个独立的物体产生影响
但是在量子力学——微小的物理学——中，规则是完全不同的
在一个、两个和三个粒子系统中，在一个点上发生的作用会强烈影响远处的原子
科学家们还没有完全理解这一点，但是通过分析这些系统和更复杂系统的行为，他们希望找到见解
冲绳科学技术研究生院(OIST)量子系统部门的研究人员与都柏林大学和达勒姆大学的合作者一起模拟了其中一个系统，揭示了意想不到的量子态——粒子在孤立系统中排列的方式
他们的结果发表在《新物理学杂志》上，可以应用于量子技术
“如果你把一块石头从船上扔下去，石头会往这边走，船会往那边走，”该小组的负责人托马斯·布施教授解释说
“在量子力学中，我们可以在更远的距离上拥有更强的相关性
就像如果你穿上一只红色的袜子和一只绿色的袜子，那么在南极洲的某个人，你从未见过，也必须穿上同样的袜子
我们的工作发现了新的状态，这些新的状态有着很强的相关性，可以很好地控制
" 用两个原子做实验 当科学家研究宏观系统时，他们倾向于观察许多粒子——比如1023个
因为有这么多，他们不能跟着每一个原子走，必须做出假设
为了避免这种情况，研究人员在这项研究中使用了另一种选择
“我们模拟了一个只有两个原子的系统，”第一作者绚香·乌苏伊说
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本单位学生
“这为更大的系统提供了一个构建模块，但我们可以控制一切，并确切地看到发生了什么
为了进一步控制这个系统，我们考虑了超冷原子
" 在室温下，粒子移动非常快
天气越暖和，它们移动得越快
通过使用激光冷却，这些原子可以被减慢和冷却，直到它们达到几乎为零的速度，从而过冷
这使得绚香和他的同事在他们的模拟中更容易描述它们
在这样的系统中，粒子能做的最简单的事情就是相互碰撞
这迫使它们四处移动并改变方向，但粒子也有一种叫做自旋的东西
粒子的自旋要么指向上，要么指向下，并进一步影响其运动方式——这种效应被称为自旋轨道耦合
当研究人员模拟一个由两个自旋轨道耦合的超冷原子组成的系统时，这些新状态及其非常强的相关性被揭示出来
“我们有两个粒子的系统，在那里你可以得到这些状态，而有1023个粒子的系统，在那里你得不到。”
托马斯·福格蒂，该单位博士后学者
“在这个添加粒子的长链的某个地方，这些新的状态消失了
" 工程深入见解 “除了新的州，我们还发现了准确描述这个系统的公式，”绚香说
“所以现在，我们可以设计它了
" 通过找到这些公式，研究人员可以控制系统，他们现在计划改变参数来观察系统的动态
绚香说:“我们要拆分这个系统，所以我们有两个。”
“我们可以利用强相关性来帮助我们测量系统
如果我们在其中一个系统中找到一个原子，我们就知道另一个原子也在那个系统中，而不用测量它，因为它们是紧密相关的
" 布施教授说，虽然这项研究只是集中在量子力学能做的一个小方面，但它有许多应用
“量子技术需要这些相关性，”他解释道
“这些新状态具有我们所知的最强的非经典相关性，我们可以设计它们
通过这项研究，我们可以制造出更强大的计算机
我们可以制造测量设备，测量大脑中重力或电脉冲的微小差异
有这么多的应用程序需要开发
"
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