|
經過幾十年的嘗試，科學家們首次直接觀察到一種奇異的物理現象，涉及光波、合成磁場和時間反轉，這一新發現可能促使拓撲階段的實現，并最終走向容錯量子計算機。這項新發現涉及非阿貝爾Aharonov-Bohm效應，并由麻省理工學院研究生楊毅，麻省理工學院訪問學者趙鵬(北京大學教授)，麻省理工學院研究生朱迪，克羅地亞薩格勒布大學Hrvoje Buljan教授，麻省理工學院物理學教授John Joannopoulos，賓夕法尼亞大學博震教授，麻省理工學院物理學教授馬林·索爾賈西奇。  這一發現與規范場有關，規范場描述了粒子經歷的轉變。規范字段分為兩類，稱為Abelian和非Abelian。阿哈羅諾夫-博姆效應(Aharonov-Bohm effect)是以1959年作出預測的理論家名字命名，證實了規范場不僅僅是一種純粹的數學輔助，也具有物理成果。但是這些觀察只在阿貝爾系統中起作用，或者在那些規范場是可交換的系統中工作，也就是說在時間上的向前和向后都是以相同方式發生。1975年楊振寧等人將這一效應推廣到非阿貝爾，作為一種思想實驗。  然而，尚不清楚是否有可能在非阿貝爾系統中觀察到這種影響。即使可以產生，物理學家缺乏在實驗室中創造這種效應的方法，也缺乏檢測這種效應的方法。現在，這兩個謎題都已經解決了，觀測也成功地進行了。這種影響與現代物理學一個奇怪和違反直覺的方面有關，那就是幾乎所有的基本物理現象都是時間不變。這意味著粒子和力相互作用方式的細節可以在時間上向前或向后運行，而事件如何展開的電影可以在兩個方向上運行，所以沒有辦法區分哪個是真正的版本。  但是一些奇異現象破壞了這種時間對稱性。創造Aharonov-Bohm效應的Abelian版本需要打破時間反轉對稱性，這本身就是一項具有挑戰性的任務。但是要達到非阿貝爾版本的效果需要打破這種時間反轉多次，并以不同的方式，使其成為一個更大的挑戰。為了產生這種效果，研究人員使用光子極化，然后產生了兩種不同類型的時間反轉斷裂。使用光纖產生兩種類型的規范場，這兩種類型規范場影響光波的幾何相位，第一種是通過被強大磁場偏置的晶體發送，第二種是通過時變電信號調制它們，這兩種方式都打破了時間反轉對稱性。  然后能夠產生干涉圖案，揭示出當以相反的方向(順時針或逆時針)通過光纖系統時，光如何受到影響的差異。在沒有打破時間反轉不變性的情況下，光束本應是相同的，但相反，干涉圖樣如預測的那樣揭示了特定差異集合，展示了難以捉摸效應的細節。最初Abelian版本的Aharonov-Bohm效應“已經通過一系列實驗努力被觀察到了，但是非Abelian效應直到現在才被觀察到。這一發現“能讓物理學家們做很多事情”，打開了包括經典和量子物理機制在內各種潛在實驗的大門，以探索效應的變化。  研究設計的實驗方法“可能會激發使用光子、極化子、量子氣體和超導量子比特的量子模擬中奇異拓撲相的實現”。對于光子學本身來說，這可能在各種光電應用中都是有用的。此外，該小組能夠合成非阿貝爾規范場產生了非阿貝爾貝利相結合相互作用，有朝一日可能成為容錯拓撲量子計算的平臺。在這一點上，實驗主要是對基礎物理研究感興趣，目的是更好地理解現代物理理論的一些基本基礎，許多可能的實際應用“將需要進一步的突破”。 博科園｜研究/來自：麻省理工學院 |
|
|
