中国科学院/浙江大学，Nature Communications!
文摘
2024-11-23 07:31
青海
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量子输运是指在量子系统中能量和粒子如何通过量子通道在不同的热力学浴之间进行相干传输，这一过程在纳米电子学、热管理等领域有着广泛的应用。与传统的经典输运理论相比，量子输运能够捕捉到粒子的波动性质和量子干涉效应，这使得它在量子计算、量子信息处理和量子热力学等领域具有重要的应用前景。然而，量子输运研究面临许多挑战，特别是在多体系统和非平衡量子系统中。传统理论中的平衡假设不再适用，尤其是在热力学浴和粒子输运的微观机制之间存在巨大差异时，现有的模拟方法和实验手段难以精确捕捉到这些非平衡态的量子现象。因此，如何准确模拟并理解非平衡量子输运，成为了当前量子物理学和材料科学中的一个重要问题。近日，来自中国科学院Jie Hao、浙江大学H. Wang &新加坡科技设计大学Dario Poletti教授携手在非平衡量子输运研究中取得了新进展。该团队通过设计并制备了一个量子比特梯阵系统，成功模拟了热力学浴，并实现了稳态的粒子电流输运。通过精确的实验控制，研究人员发现，电流的大小与浴的微观初始化无关，而仅仅取决于浴的守恒量，且随着浴体积的增大，电流的时间波动迅速减小，趋于稳态。这一结果为理解非平衡量子系统中的统计力学和前热化过程提供了实验依据。实验还表明，31个量子比特足以捕捉到这种稳态输运现象，表明量子系统可以在较小规模下快速过渡到热力学极限。此外，研究人员还展示了通过调节浴的宏观性质（如填充率和光谱特性）来精确控制粒子电流，这为非平衡量子输运的研究提供了更高的可调性和灵活性。该团队的研究成果不仅推动了量子热力学和量子模拟器的前沿进展，也为未来的量子技术应用提供了新的实验平台和理论依据。
