更新时间：2024-12-18 16:38:01点击：
利用先进设备的原子钟来仿效其他理想的量子系统，实验天体物理牵头研究所（JILA）的物理学家们构建让气体中的原子的不道德具备不奇怪的磁性特性，这在液体材料中早已展开了很艰苦的很长的研究过程。这可代表了一种应用于在原子钟内的新的“重开标签”研究，可以为应用程序如“磁矩”器件和量子计算机等建构新材料。实验天体物理牵头研究所所研究的这种纪录的原子钟，其中锶原子受困在一种称作光学晶格的激光网格中，被证明是在原子尺度上的晶体磁性不道德的模型典型。这样的模型来研究量子力学的黑色幽默的规则是很有价值的。
创立“制备”的磁场，JILA团队把在一起的两个性质的钟原子生产出有一个量子现象称作磁矩－轨道耦合。原子钟的长寿命和高精度的掌控特性使研究人员需要解决其他气基磁矩轨道耦合平台中的问题，即由于冷却和原子自发性转变所产生的原子损耗，这种效应所产生的阻碍正是研究人员努力实现的。最知名的磁矩轨道耦合是指单个原子内的电子，其中电子的磁矩（其动量方向，如一个指向上或向上的小箭头）被瞄准在原子核周围的轨道上，从而产生非常丰富的内部原子结构。在这种工作中，磁矩轨道耦合原子的磁矩锁住，它就像一个小小的内部磁铁棒，通过光学晶格构建原子外部的运动。
实验天体物理牵头研究所的研究团队准确操控原子钟的数以千计的磁矩的锶原子的运动，测量产生的制备磁场，仔细观察磁矩轨道耦合的关键信号，例如通过晶格的基于其磁矩的原子运动波的变化。这个实验的涉及研究过程早已在线公开发表在《大自然》杂志上的一篇论文中。实验天体物理牵头研究所是由美国国家标准技术研究所（NIST）以及科罗拉多大学博尔德分校联合合作重新组建。
“磁矩轨道耦合对于研究新型的量子材料是十分简单的，”NIST／JILA的成员JunYe说道。“通过用于我们的量子仿真原子钟，我们未来将会唤起和说明了新型的流形系统，这对于构建强劲的量子信息处置和磁矩电子学是简单。
”磁矩轨道耦合是流形材料的一个最重要特征，关于这一主题的理论工作在今年的诺贝尔物理学奖中得奖，其特性的在其表面上是导电的，但在内部却当作绝缘体。这种特性可以用来生产新的设备，而不是一般来说的电荷的基础上的电子自旋，流形量子计算机，在理论上可以以一种新的方式构建强劲的计算出来。具备这种特性的现实的材料是很难制作和展开研究的，但原子气体更加洁净、更容易掌控。
这一领域的研究是非常前沿的。气体中原子的磁矩轨道的耦合的第一个样板是由NIST物理学家2011年时在牵头量子研究所构建的。
实验天体物理牵头研究所研究出有的原子钟具备几个特点，是对结晶液体的一个很好的仿效。研究人员用于激光观测时钟的“滴答”，即两个能级之间的原子光子。在外部磁场不存在的情况下，原子的不道德类似于液体材料中的电子，其中电子有两个磁矩态（“磁矩下降”和“磁矩上升”）。当原子被唤起到更高的能量状态时，物理定律拒绝能量和动量动量，所以原子的动量减缓了。
最后的结果是原子磁矩和动量之间往返转换，构成这种规律的模式。在激光网格，或光学晶格中，该模式再次发生在成千上万的原子定期排序，这可以相提并论出在液体晶体中晶格结构中的现象。由于原子的唤起状态持续了160秒，研究人员有充足的时间展开测量，而没原子损耗或冷却．。
作为一个量子模拟器的原子钟的用于，获取了动态的、非破坏性的，并可在光晶格中展开原子动力学测量的前景。当前的时钟和仿真的原子排序在一个维度。然而，在未来，研究者期望通过多种类型的制备原子磁矩态来建构更加简单的无法解释不道德。Ye的团队正在研发一个3－D版本的原子钟，通过减少更好的激光束构成更好的晶格，预计将在多个维度构建磁矩轨道耦合。
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