科学家使用量子模拟器吗（量子力学模拟软件）
然而，科学家们缺乏对传统超导体的完全控制。这些固体材料通常包含多种结构复杂的原子，在实验室中很难操纵。更难研究的是当发生突然变化时会发生什么，例如温度或压力的峰值使超导体失去平衡。
但他们从未见过长期预测的第三阶段，即系统的超导性随时间振荡。在这个阶段，我们的舞者有时移动得更快或更慢，但没有人崩溃。这意味着有时它是弱超导体，有时它是强超导体。到目前为止，还没有人能够观察到第三阶段。
& ldquo一切都在流动。
JILA的汤普森团队与雷伊的理论团队合作，用激光冷却锶原子，并将其放入光学腔中，光学腔两端都有高反射镜。激光将来回反射数百万次，然后一些光将从一端泄漏出来。
雷解释说，腔中的光介导了原子之间的相互作用，并使它们排列成叠加态& mdash& mdash这意味着它们同时处于激发态和基态& mdash& mdash锁定相位，就像库珀对一样。
使用激光，科学家可以使系统猝灭，通过测量泄漏的光，他们可以了解能隙如何随时间变化。通过这种量子超导体模拟，他们首次能够观察到所有三个动态阶段。
他们发现，在第三阶段，即使系统失去平衡，能量间隙也可以保持超导性。使用这样的量子模拟器可以帮助科学家设计非常规或更强的超导体，并更好地了解超导体的物理原理。
对于从事测量科学的科学家来说，这也是一种反直觉的方式。他们将原子相互作用（如导致能隙的原子相互作用）视为一种益处，而不是一种诅咒。
& ldquo在测量科学中，相互作用通常是不好的。但在这里，当互动很强时，他们可以帮助你。这个间隙可以保护系统& mdash& mdash一切都在流动。雷伊说。& ldquo这个想法的核心是你可以拥有永远振荡的东西。& rdquo
汤普森补充说，拥有永远振荡的东西是量子技术的梦想，因为它可以使传感器工作得更好、更长。就像超导体一样，量子传感器中的原子、光子和电子群需要同步或相干才能工作。我们不希望它们成为量子Moshe坑或& ldquo相移。
& ldquo让我兴奋的是，我们观察到的动态相位之一可以用来保护量子光学的相干性免受相位损失。例如，有一天这可能会使光学原子钟走得更长。汤普森说。& ldquo它代表了一种全新的提高量子传感器精度和灵敏度的方法，是量子计量学或测量科学的前沿课题。我们希望使用许多原子并利用相互作用来构建更好的传感器。& rdquo
量子理论预测了超导体失去平衡时的有趣行为。然而，在实验室中干扰这些材料而不破坏其微妙的超导特性始终是一个挑战，因此这些预测尚未得到验证。
然而，通过研究气体中完全可控的原子阵列，科学家可以获得对超导性的惊人见解。这是JILA的研究合作方法，它是美国国家标准与技术研究所（NIST）和科罗拉多大学博尔德分校的联合研究所。
在他们的最新工作中，JILA的研究人员使锶原子气体表现得像超导体。尽管锶原子本身不是超导的，但它们遵循量子物理的相同规则。研究人员可以使气体中的原子以一种保留导致超导性的相互作用的方式相互作用，同时抑制其他竞争性复杂相互作用。通过使原子失去平衡，研究人员发现原子相互作用的变化将影响实际超导体的特性。
使用锶气体作为& ldquo量子模拟器& rdquo研究人员可以观察超导体的行为，这已经被预测了很多年。这项发表在《自然》杂志上的研究为超导体如何在适当的非平衡状态下工作提供了新的见解，并揭示了如何使超导体更强，以及如何在其他量子技术中使用它们的独特性能。
& ldquo这些东西有多强？& rdquo
在普通材料中，电子以不相关的方式运动，并不断相互碰撞。通常，电子相互排斥。当它们运动时，它们会发生碰撞，失去能量并产生热量；这就是为什么当电子在金属导线中流动时电流会耗散。然而，在超导体中，电子结合成弱成键对，称为库珀对。当这些对形成时，它们都倾向于一致移动，这就是为什么它们在材料中流动时没有阻力。
NIST和JILA大学的研究员、理论物理学家阿纳马里亚雷解释说，从某种意义上说，物理学非常简单。库珀对以低能态存在，因为材料晶体结构的振动将电子拉在一起。当库伯对形成时，它们更喜欢一致行动并锁定在一起。库珀有点像& ldquo箭头& rdquo，想安排在同一个方向。雷伊解释说，要解锁它们或使其中一个箭头指向不同的方向，需要增加额外的能量来打破库珀对。解锁它们所需的能量被称为能隙。原子之间更强的相互作用将产生更大的能隙，因为保持库珀对锁定非常有吸引力。克服这种能量差距将消耗库珀对的大量能量。因此，这个能量间隙就像一个缓冲器，让库珀保持快乐的同相锁定。
当系统处于平衡状态时，所有这些都会起作用。但是当你引入突然而快速的变化时，超导体会失去平衡或变得& ldquo淬火。JILA物理学家詹姆斯&米德多特；詹姆斯·汤普森说，几十年来，科学家们一直在想，在突然但不足以完全打破库珀对的猝灭之后，超导性会发生什么变化。
& ldquo换句话说，这些东西有多强？& rdquo汤普森说。
理论学家预测了超导体失超时可能出现的三种不同的可能性或阶段。汤普森说:把它想象成一群跳广场舞的人。起初，每个人都同步并跟上音乐的节拍。然后有些人有点累了，或者有些人开始行动太快了。它们相互碰撞，然后成为一个狂欢的坑。这是第一阶段，超导崩溃。在第二阶段，舞者失去了节奏，但设法跟上了节奏。失超后超导性仍然存在科学家已经能够观察和研究这两个阶段。
论文:DylanJ。Young等人在腔QED模拟器中观察到BCS超导体的动态相位。很自然。于2024年1月24日在网上发布。DOI:10.1038/s41586-023-06911-x