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[video:20161012超冷原子量子模擬取得重大突破]
　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和北京大學(xué)相關(guān)研究人員組成的聯(lián)合團(tuán)隊日前在超冷原子量子模擬領(lǐng)域取得重大突破，在國際上首次理論提出并實驗實現(xiàn)超冷原子二維自旋軌道耦合的人工合成，測定了由自旋軌道耦合導(dǎo)致的新奇拓?fù)淞孔游镄浴＿@一關(guān)鍵突破將對促進(jìn)新奇拓?fù)淞孔游飸B(tài)的研究，進(jìn)而推動人們對物質(zhì)世界的深入理解帶來重大影響。該合作成果以“研究長文”的形式發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。由于該工作“對研究超越傳統(tǒng)凝聚態(tài)物理的奇異現(xiàn)象具有重大潛力 ”，《科學(xué)》雜志在同期的“觀點(diǎn)”欄目專門配發(fā)評論文章。
　　自旋軌道耦合是量子物理學(xué)中基本的物理效應(yīng)，它在多種基本物理現(xiàn)象和新奇量子物態(tài)中扮演了核心角色。對這些現(xiàn)象的研究產(chǎn)生了自旋電子學(xué)、拓?fù)浣^緣體、拓?fù)涑瑢?dǎo)體等當(dāng)前凝聚態(tài)物理中最重要的前沿研究領(lǐng)域。然而，由于普遍存在難以控制的復(fù)雜環(huán)境，很多重要的新奇物理難以在固體材料中進(jìn)行精確研究，對相關(guān)科研工作帶來很大挑戰(zhàn)。
　　同時，隨著超冷原子物理量子模擬領(lǐng)域的不斷發(fā)展，在超冷原子中實現(xiàn)人工自旋軌道耦合并研究新奇量子物態(tài)已成為該領(lǐng)域最重大的前沿課題之一。冷原子有環(huán)境干凈、高度可控等重要特性。過去5年里，一維人工自旋軌道耦合在實驗上實現(xiàn)并取得一系列成果，但探索廣泛深刻的新型拓?fù)淞孔游飸B(tài)須獲得二維以上的自旋軌道耦合。如何實現(xiàn)高維自旋軌道耦合已成為超冷原子量子模擬最緊迫的核心課題。
　　在超冷原子中實現(xiàn)高維自旋軌道耦合在理論和實驗上都是極具挑戰(zhàn)性的問題，國際上多個團(tuán)隊均為此付出了大量努力。為解決這一根本困難，北京大學(xué)教授劉雄軍帶領(lǐng)的理論小組提出了“拉曼光晶格量子系統(tǒng)”，并發(fā)現(xiàn)基于該系統(tǒng)不僅可完好地實現(xiàn)二維人工自旋軌道耦合，而且能得到如量子反?；魻栃?yīng)和拓?fù)涑鞯壬羁痰幕疚锢硇?yīng)?；谠摾碚摲桨?，中國科大教授潘建偉、陳帥和鄧友金等組成的實驗小組在經(jīng)過多年艱苦努力發(fā)展起來的超精密激光和磁場調(diào)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功構(gòu)造了拉曼光晶格量子系統(tǒng)，合成了二維自旋軌道耦合的玻色-愛因斯坦凝聚體。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，合成的自旋軌道耦合和能帶拓?fù)渚哂懈叨瓤烧{(diào)控性。
　　該工作將對冷原子和凝聚態(tài)物理研究產(chǎn)生重大影響，基于此突破可研究全新的拓?fù)湮锢?，包括固體系統(tǒng)中難以觀察到的玻色子拓?fù)湫?yīng)等，從而為超冷原子量子模擬開辟出一條新的道路。該項突破也顯示出我國在超冷原子量子模擬相關(guān)研究方向上已走在國際最前列。
　　潘建偉、劉雄軍、陳帥依次為論文的通訊作者。該項目得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部、教育部、中國科學(xué)院和中科院-阿里巴巴量子計算聯(lián)合實驗室等的支持。
　　相關(guān)鏈接： 
　　《科學(xué)》雜志論文
　　《科學(xué)》評論文章
　　二維自旋軌道耦合和拓?fù)淠軒崿F(xiàn)示意圖。在激光場作用下，原子在光晶格中發(fā)生自旋翻轉(zhuǎn)的量子隧穿，導(dǎo)致自旋軌道耦合。
　　自旋軌道耦合誘導(dǎo)的不同自旋態(tài)的原子團(tuán)分布
　　測量到的高對稱點(diǎn)自旋態(tài)分布以及對應(yīng)的能帶陳省身拓?fù)鋽?shù)與理論計算相符n>