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

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

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

　　在最新實驗中，來自IQC、美國國家標準與技術(shù)研究所及橡樹嶺國家實驗室的科學家們構(gòu)建了微型叉形硅光柵結(jié)構(gòu)，這些器件非常小，在0.5厘米乘0.5厘米的區(qū)域內(nèi)，可容納超過600萬個單獨的叉形相位光柵。

　　研究人員解釋稱，當一束中子通過這個裝置時，單個中子會以螺旋狀纏繞，在行進19米后，一臺特殊的中子相機捕獲中子的圖像。他們觀察到，每個中子都延展到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量的中子束，這是科學家們首次實現(xiàn)這一點。

　　研究人員指出，中子在基礎(chǔ)物理學實驗中很受歡迎，科學家們能很容易地使用其3個自由度：自旋、路徑和能量。

　　薩雷納表示，在最新實驗中，他們讓使用中子束的軌道角動量成為可能，這將提供額外的量子化自由度。為此，他們正在開發(fā)一個工具箱，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。