物理学家实现分子的量子纠缠

物理学家实现分子的量子纠缠物理学家首次实现了对分子的量子纠缠。这一突破可能有助于推动量子计算的实用化。论文发表在《科学》期刊上。实现可控的量子纠缠一直是一大挑战，这次实验之前分子的可控量子纠缠一直无法实现。普林斯顿大学的物理学家找到了方法控制单个分子诱导其进入到互锁量子态。研究人员相信相比原子，分子具有优势，更适合量子信息处理和复杂材料量子模拟等应用。相比原子，分子有更多的量子自由度，能以新方式交互。论文合作者YukaiLu指出这意味着存储和处理量子信息的新方法。来源，，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

物理学家成功连接了两个量子物理学的子领域

物理学家成功连接了两个量子物理学的子领域莱斯大学的物理学家已经证明，量子计算所高度追求的不可变拓扑态可以与某些材料中其他可操纵的量子态纠缠在一起。“我们发现令人惊讶的事情是，在一种特殊的晶格中，电子被困住，d原子轨道中电子的强耦合行为实际上就像一些重费米子的f轨道系统一样，”《科学进展》相关研究报告的作者说。这一意想不到的发现为凝聚态物理学的子领域之间架起了一座桥梁，这些子领域专注于量子材料的不同涌现特性。例如，在拓扑材料中，量子纠缠模式产生“受保护的”、不可变的状态，可用于量子计算和自旋电子学。在强关联材料中，数十亿个电子的纠缠会产生非常规超导性和量子自旋液体中持续磁涨落等行为。在这项研究中，斯奇苗和合著者胡浩宇（他的研究小组的前研究生）建立并测试了一个量子模型，以探索“受挫”晶格排列中的电子耦合，就像在具有“平带”特征的金属和半金属中发现的电子耦合，表明电子被卡住并且强相关效应被放大。斯奇苗是莱斯大学物理和天文学HarryC.和OlgaK.Wiess教授，也是莱斯大学量子材料中心主任。图片来源：JeffFitlow/莱斯大学这项研究是斯奇苗持续努力的一部分，他于7月获得了美国国防部著名的万尼瓦尔·布什教员奖学金，以验证控制物质拓扑状态的理论框架。在这项研究中，斯奇苗和胡浩宇表明，来自d原子轨道的电子可以成为晶格中多个原子共享的更大分子轨道的一部分。研究还表明，分子轨道中的电子可能与其他受挫电子纠缠在一起，产生强相关效应，这对于多年来研究重费米子材料的Si来说非常熟悉。“这些完全是d电子系统，”斯奇苗说。“在d电子世界中，就像有一条多车道的高速公路。在f电子世界中，您可以认为电子在两层中移动。一种就像d电子高速公路，另一种就像土路，移动速度非常慢。”Si表示，f电子系统拥有非常清晰的强相关物理例子，但它们并不适合日常使用。“这条土路距离高速公路太远了，”他说。“高速公路的影响非常小，这意味着微小的能量尺度和非常低的物理温度。这意味着需要达到10开尔文左右的温度才能看到耦合的效果。在d电子世界中情况并非如此。在多车道高速公路上，事物之间的耦合非常有效。”即使频带平坦，耦合效率仍然存在。斯将其比作高速公路的一条车道变得像f电子土路一样低效且缓慢。“即使它已经变成了土路，它仍然与其他车道共享地位，因为它们都来自d轨道，”斯说。“它实际上是一条土路，但它的耦合性更强，这转化为更高温度下的物理现象。这意味着我可以拥有所有基于f电子的精致物理学，为此我拥有明确定义的模型和多年研究的大量直觉，但我不必达到10开尔文，而是可以工作例如，200开尔文，甚至可能是300开尔文，或室温。因此，从功能角度来看，它非常有前途。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389679.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389679.htm

物理学家发明测量单个原子三维位置的巧妙新方法

物理学家发明测量单个原子三维位置的巧妙新方法新方法可通过单个图像确定原子的所有三个空间坐标。这种由波恩大学和布里斯托尔大学开发的方法是基于一种巧妙的物理原理。这项研究最近发表在专业期刊《物理评论A》上。测量第三维度的挑战在生物课上用显微镜观察过植物细胞的人可能都能回忆起类似的情形。很容易看出，某个叶绿体位于细胞核的上方和右侧。但它们是否位于同一平面上呢？然而，一旦调整显微镜的焦距，就会发现细胞核的图像变得更加清晰，而叶绿体的图像却变得模糊不清。其中一个一定比另一个高一点，一个比另一个低一点。不过，这种方法无法精确显示它们的垂直位置。实际情况就是这样：各种"哑铃"的旋转方向不同，表明原子位于不同的平面上。图片来源：IAP/波恩大学如果要观察单个原子而不是细胞，原理也非常相似。所谓的量子气体显微镜可用于此目的。它可以直接确定原子的x坐标和y坐标。然而，要测量其Z坐标（即到物镜的距离）则要困难得多：为了确定原子位于哪个平面上，必须拍摄多幅图像，并在不同平面上移动焦点。这是一个复杂而耗时的过程。把圆点变成哑铃波恩大学应用物理研究所（IAP）的TangiLegrand解释说："我们现在已经开发出一种方法，可以一步完成这一过程。为了实现这一目标，我们使用了一种早在上世纪90年代就已在理论上被人们所熟知，但尚未在量子气体显微镜中使用过的效应"。要对原子进行实验，首先必须将其大幅冷却，使其几乎不动。然后，可以将它们困在激光的驻波中。然后，它们就会滑入波谷中，就像鸡蛋坐在鸡蛋盒里一样。一旦被困住，为了显示它们的位置，就将它们暴露在另一束激光下，这束激光会刺激它们发光。由此产生的荧光在量子气体显微镜下显示为一个略微模糊的圆形斑点。量子气体显微镜产生的原子图像通常是一个圆形、略微模糊的斑点。研究人员将其扭曲成哑铃状（图片显示的是理论预测）。哑铃指向的方向表示z坐标。图片来源：IAP/波恩大学安德烈亚-阿尔贝蒂博士解释说："我们现在已经开发出一种特殊的方法，可以使原子发出的光的波面变形。变形的波面在照相机上产生了一个围绕自身旋转的哑铃形状，而不是典型的圆形斑点。这个哑铃指向的方向取决于光线从原子到照相机的距离"。这位研究员目前已从IAP转到位于加兴的马克斯-普朗克量子光学研究所，他也参与了这项研究。"因此，哑铃的作用有点像罗盘上的指针，让我们可以根据它的方向读出z坐标，"迪特尔-梅斯赫德（DieterMeschede）博士说。波恩大学跨学科研究领域"物质"的成员之一。对量子力学实验非常重要通过这种新方法，只需一张图像就能精确测定原子在三维空间中的位置。例如，如果你想用原子进行量子力学实验，这一点就非常重要，因为通常必须能够精确控制或跟踪原子的位置。这样，研究人员就可以使原子以所需的方式相互影响。此外，这种方法还可用于帮助开发具有特殊特性的新型量子材料。布里斯托尔大学的CarrieWeidner博士解释说："例如，我们可以研究原子按一定顺序排列时会产生哪些量子力学效应。"这将使我们能够在一定程度上模拟三维材料的特性，而无需合成它们"。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1423110.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1423110.htm

物理学家正在揭开“时间箭头”的谜团

物理学家正在揭开“时间箭头”的谜团理论物理学家的一项新研究在确定粒子和细胞如何产生大规模动态方面取得了进展，我们将其视为时间的流逝。我们如何体验世界的一个核心特征是时间从过去流向未来。但是，这个被称为“时间箭头”（Arrowoftime）的现象是如何从粒子和细胞之间的微观互动中产生的，却是一个谜。纽约市立大学研究生中心理论科学倡议（ITS）的研究人员在《物理评论快报》杂志上发表了一篇新的论文，正在帮助揭开这个谜团。这些发现可能对广泛的学科产生重要影响，包括物理学、神经科学和生物学。从根本上说，“时间箭头”产生于热力学第二定律。这是物理系统的微观排列趋向于增加随机性的原则，从有序到无序。一个系统变得越无序，它就越难找到回到有序状态的方法，“时间箭头”也就越强。简而言之，宇宙的无序倾向是我们体验到时间朝一个方向流动的根本原因。“我们团队的两个问题是，如果我们观察一个特定的系统，我们是否能够量化其时间箭头的强度，以及我们是否能够理清它是如何从细胞和神经元相互作用的微观尺度出现在整个系统中的？”ITS项目的博士后和该论文的第一作者ChristopherLynn说。“我们的发现为理解我们在日常生活中体验到的时间箭头是如何从这些更微观的细节中出现的提供了第一步。”为了开始回答这些问题，物理学家们探索了如何通过观察一个系统的特定部分和它们之间的相互作用来分解时间箭头。例如，这些部分可以是在视网膜内运作的神经元。观察一个单一的时刻，他们表明“时间箭头”可以被分解成不同的部分：那些由单独工作的部分、成对工作的部分、三合一工作的部分或更复杂的配置产生的部分。有了这种分解“时间箭头”的方法，科学家们分析了关于蝾螈视网膜中的神经元对不同电影的反应的现有实验。在一部电影中，一个物体在屏幕上随机移动，而另一部电影则描绘了自然界中的全部复杂场景。在这两部电影中，研究小组发现，“时间箭头”出现在成对的神经元之间的简单互动中，而不是大型的、复杂的群体。令人惊讶的是，研究人员还观察到，在观看随机运动时，视网膜显示的“时间箭头”比自然场景更强。Lynn说，这后一个发现提出了关于我们对“时间箭头”的内部感知如何与外部世界保持一致的问题。Lynn表示：“这些结果可能会引起神经科学研究人员的特别兴趣。例如，它们可能会导致关于时间箭头在神经类型的大脑中是否有不同功能的答案。”该研究的主要研究者、研究生中心的物理学和生物学教授DavidSchwab说：“Chris对局部不可逆性的分解--也被称为时间箭头--是一个优雅、通用的框架，可能为探索许多高维、非平衡系统提供一个新视角。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1308219.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1308219.htm

物理学家发现更有效和更环保的餐具清洁方法

物理学家发现更有效和更环保的餐具清洁方法通常情况下，传统的洗碗机并不能杀死留在盘子、碗和餐具上的所有有害微生物。它们还需要很长的循环时间，耗费大量的电力。此外，泵入和泵出的洗涤剂被释放到水源中，污染了环境。一个更有效、更环保的解决方案可以由高温蒸汽洗碗机提供。在2022年8月30日AIP出版社出版的《洗碗机。他们发现，它在短短25秒内就能杀死盘子里99%的细菌。流体物理学》上发表的一项研究中，来自多特蒙德工业大学和慕尼黑工业大学的研究人员模拟了这样一台一个理想化的洗碗机模型由一个具有坚实侧壁、顶部开口和底部喷嘴的盒子表示。一个覆盖着耐热菌种的盘子被放在喷嘴的正上方。一旦板子在模拟中达到一定的阈值温度，就可以认为微生物被灭活了。“蒸汽以非常高的速度从喷嘴出来。我们可以看到冲击，产生的湍流有涡流和漩涡，”研究作者、多特蒙德工业大学的NatalieGermann说。“我们还包括热传递，它显示了模拟箱中的热量变化和固体表面的凝结情况。”由蒸汽的高速产生的冲击波在洗碗机的表面上被反射。在这项工作中，该团队专注于细菌。然而，冲击波在未来可以被用来有效地清除食物残渣。“我们的研究有助于确定冲击的强度、冲击的位置以及在洗碗机内产生的涡流，”研究作者、慕尼黑工业大学的LailaAbu-Farah说。“这些东西对于安排洗碗机内的物品或物体以及喷嘴的位置和方向非常重要。”虽然模拟显示了细菌的快速灭活，但洗碗机的实际应用将包括一个以上的盘子，因此需要更多时间。然而，科学家们认为它仍然会比传统技术更快、更有效。尽管高温蒸汽洗碗机最初会花费更多，但从长远来看，它将会在水、电和洗涤剂方面得到节省。它非常适合用于必须满足高卫生标准的场所，包括餐馆、酒店和医院。“我们确认，使用高温蒸汽的洗碗机应用很有前景，”Germann说。“这是第一项将流体动力学和热传递与相变和细菌灭活相结合的工作。因此，它为未来的计算研究和进一步的技术工作打下了基础。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1311507.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1311507.htm

物理学家可以从鲨鱼肠子的独特螺旋形中了解到什么？

物理学家可以从鲨鱼肠子的独特螺旋形中了解到什么？2021年，科学家们发现，鲨鱼的螺旋形肠子的工作方式大致相同，有利于流体向一个方向流动--从头部到骨盆。华盛顿大学莎拉-凯勒实验室的物理学家伊多-莱文对流体通过这些鲨鱼螺旋形的物理流动产生了兴趣。2月20日星期一，在加利福尼亚州圣地亚哥举行的第67届生物物理学会年会上，他将介绍鲨鱼肠道的3D打印模型是如何帮助他们了解这些螺旋的工作原理的。Levin解释说，"2021年研究的研究人员将一根管子连接到鲨鱼肠道，并将带有甘油的水--一种非常粘稠的液体--通过这些管道。而且他们表明，如果这些肠子与消化道的方向相同，得到的液体流动速度比将它们反过来连接要快。从物理学的角度来看，这非常有趣......物理学定理指出，如果你拿着一根管子，让流体非常缓慢地流过它，如果你把它倒过来，流量不会有差别。因此，我们非常惊讶地看到与该理论相矛盾的实验。但是在生物界却并不完全遵循这一原理，因为肠子不是由钢铁制成的--它们是由柔软的东西制成的，所以当流体流经管道时，它会使它变形。"为了研究通过螺旋形管道的流体动力学，莱文和凯勒与他们在华盛顿大学纳尔逊小组的同事合作，创建了模仿鲨鱼肠道的软性三维结构。Levin说："15或20年前，试图用人造材料重建这些形状是不可能的。当他们使用刚性材料来3D打印这些形状时，流体在一个或另一个方向上的流动没有区别。然而，使用较软的弹性材料打印形状，导致流体在一个方向上流动得更快。"利用这些3D打印的结构，该团队正在研究内部结构的半径、间距和厚度如何影响流体流动。使用较软的材料，他们还可以研究流速和管道如何变形之间的耦合关系。了解这些参数将有助于类似结构的工程设计，这些结构可用于软体机器人等事物。直到最近，机器人都是用刚性材料和铰链制成的。但使用可以以不同方式变形的软性材料，就像章鱼一样开辟了一个全新的世界，Levin解释说，"这是尝试理解膜和流动之间相互作用的基本力学的一个步骤"。有一天，这个看似简单的系统可以控制工业或医疗设备。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1345369.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1345369.htm