科技日報北京11月22日電 (記者劉霞)來(lái)自加拿大和美國的科學(xué)家在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表論文稱(chēng)，他們首次在實(shí)驗室研制出能產(chǎn)生擁有量子化軌道角動(dòng)量的中子的裝置，為下一代量子材料的研發(fā)提供了全新途徑，有望推進(jìn)量子計算的發(fā)展，識別并解決基礎物理學(xué)領(lǐng)域的新問(wèn)題。

　　最新研究負責人、滑鐵盧大學(xué)量子計算研究所(IQC)的科學(xué)家杜桑·薩雷納博士說(shuō)：“中子是表征新興量子材料的有力探針，因為它們擁有幾個(gè)獨有的特征：它們的波長(cháng)為納米級、呈電中性且質(zhì)量相對較大。這些特征意味著(zhù)中子可以穿過(guò)X射線(xiàn)和光無(wú)法穿過(guò)的材料。”

　　雖然科學(xué)家們此前已經(jīng)對如何在實(shí)驗室產(chǎn)生光子和電子的軌道角動(dòng)量進(jìn)行了深入研究，但為中子而設計的裝置從未被研制出來(lái)。鑒于中子的獨特屬性，研究人員必須建造新裝置，并開(kāi)發(fā)新方法以適用于中子。

　　在最新實(shí)驗中，來(lái)自IQC、美國國家標準與技術(shù)研究所及橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室的科學(xué)家們構建了微型叉形硅光柵結構，這些器件非常小，在0.5厘米乘0.5厘米的區域內，可容納超過(guò)600萬(wàn)個(gè)單獨的叉形相位光柵。

　　研究人員解釋稱(chēng)，當一束中子通過(guò)這個(gè)裝置時(shí)，單個(gè)中子會(huì )以螺旋狀纏繞，在行進(jìn)19米后，一臺特殊的中子相機捕獲中子的圖像。他們觀(guān)察到，每個(gè)中子都延展到10厘米寬的甜甜圈形狀。這些中子的環(huán)形圖案顯示，它們處于一個(gè)特殊的螺旋狀態(tài)。這表明該小組的光柵裝置制造出了擁有量子化軌道角動(dòng)量的中子束，這是科學(xué)家們首次實(shí)現這一點(diǎn)。

　　研究人員指出，中子在基礎物理學(xué)實(shí)驗中很受歡迎，科學(xué)家們能很容易地使用其3個(gè)自由度：自旋、路徑和能量。

　　薩雷納表示，在最新實(shí)驗中，他們讓使用中子束的軌道角動(dòng)量成為可能，這將提供額外的量子化自由度。為此，他們正在開(kāi)發(fā)一個(gè)工具箱，以表征和檢查下一代量子設備(如量子模擬器和量子計算機)所需的復雜材料。