관련 논문은 오늘 출판된' 사이언스' 잡지에 실렸다. 이 성과는 UCLA 분교의 왕강룡, 스탠퍼드대의 장수성 교수, 상하이 과학기술대학의 코욱봉 등이 공동으로 완성했다. 통신저자는 임청, 코욱봉, 장수성, 왕강룡입니다. 그들은 모두 중국 과학자입니다.
장수성이 인터뷰를 했다.
노상 수상자인 프랭크 빌제크는 이 일을 평가하면서 장수성과 그의 팀이 새로운 시스템을 설계하고 실험에서 마요라나 페미자를 명확하게 측정한 것은 정말 이정표라고 말했다.
국제 동행에 따르면 마요라나 페르미자의 발견은' 신' 입자 (힉스 보손), 중성미자, 중력자 발견에 이어 또 다른 이정표로, 중대한 이론적 의미뿐만 아니라 중요한 잠재적 응용가치, 즉 양자계산을 현실로 만드는 것이다.
"신비한 양성 입자는 우리를 80 년 동안 기다리게 했다."
물리학 분야에서 물질의 가장 작고 기본적인 단위를' 기본 입자' 라고 한다. 그것들은 성질을 바꾸지 않는 최소 부피 물질이자 각종 물체의 기초이다. 기본 입자에는 두 가지가 있습니다: 페르미온과 보손, 각각 미국 물리학자 페르미와 인도 물리학자 보손의 이름을 따서 지었습니다.
동서양의 철학자들은 인간이 대립으로 가득 찬 세상에 사는 것 같다고 생각한다. 양수는 음수가 있어야 하고, 예금은 빚이 있어야 하고, 양은 음이 있어야 하고, 악은 선이 있어야 하고, 마법은 천사가 있어야 한다. 1928 년, 위대한 이론물리학자 디락은 우주의 모든 기본 페르미 입자에는 반드시 반입자가 있어야 한다는 놀라운 예언을 했다. 아인슈타인의 질량 에너지 공식 E = mc2 에 따르면 페르미온이 반입자를 만나면 서로 인멸되어 두 입자의 질량이 사라지고 에너지로 변한다.
그 이후로 우주의 모든 입자에는 반드시 그것의 반입자가 있어야 하는데, 이것은 절대적인 진리로 여겨진다. 하지만 반입자가 없는 입자나 자웅동체의 입자가 있을까요? 1937 년 이탈리아 이론물리학자 에토레 마요라나는 그의 논문에서 우리가 오늘 마요라나 페르미자라고 부르는 신기한 입자가 존재한다고 추측했다. 불행히도, 그는 스스로 이 추측을 한 후에 배를 타고 여행하다가 신비롭게 실종되었다. 그때부터 이 신기한 입자를 찾는 것은 물리학자의 꿈이 되었다.
이탈리아 이론 물리학자 에토레 마요라나
과학자들은 입자물리학에서 표준 모델 범위 밖의 중성미자가 마요라나 페르미자일 수 있다고 생각한다. 이 추측을 검증하기 위해서는 중성미자 없는 베타 쌍붕괴 실험이 필요하다. 유감스럽게도, 이 실험에 필요한 정확도는 앞으로 10 ~ 20 년 안에 달성하기 어렵다.
장수성은 돌파구를 응축 물리로 돌렸다. 장수성팀은 20 10 부터 20 15 까지 3 편의 논문을 연달아 발표해 마요라나 페미자의 시스템과 검증을 실현하는 실험 방안을 정확하게 예측했다. 왕강룡 등 실험팀은 장수성의 이론 예언에 따라 수정 마요라나 페미자를 성공적으로 발견해 80 년 동안의 과학 탐구를 마쳤다.
장수성은 새로 발견된 수정 마요라나 페미자를' 천사 입자' 라고 명명했는데, 이 입자는 댄 브라운의 소설과 그의 영화' 천사와 악마' 에서 유래했다. "이 작품은 양수 및 음수 입자가 폭발을 인멸하는 장면을 묘사한다. 우리는 모든 천사들이 악마를 가지고 있는 것처럼 모든 입자에 반입자가 있다고 생각했었다. (존 F. 케네디, 입자명언) 하지만 오늘 우리는 반입자가 없는 입자, 천사만 악마가 없는 완벽한 세상을 찾았다. " 장 모리 는 말했다.
영화' 천사와 악마' 포스터.
"오늘날의 성과는 양자 비정상 홀 효과의 발견에 바탕을 두고 있다."
물리학을 80 년 동안 괴롭히는 문제는 어떻게 해결됩니까? 장수성은 어떤 과학 연구 업무도 이미 성과를 거둔 기초 위에 세워진 것이라고 생각한다. 천사 입자의 발견은 양자 이상 홀 효과에 대한 이전 탐구의 덕택으로 이론과 실험을 결합한 결과이기도 하다.
처음에는 장수성이 상식에 근거하여 추론을 했다. 마요라나 페르미자는 입자만 있고 반입자는 없기 때문에 전통 입자의 절반에 해당한다. 그는 곧' 반' 의 개념이 문제 해결의 관건이라는 것을 깨달았다.
일찍이 2008 년 장수성의 이론은 양자 이상 홀 효과를 예언했고, 20 13 년 칭화대 설치곤 교수가 이끄는 칭화대 물리학과 중과원 물리학으로 구성된 실험팀에 의해 확인됐다. 실험에서, 외부 자기장의 조정으로, 비정상적인 양자 홀 효과 필름은 1, 0 및-1 이중 기본 저항 단위 E2/h 에 해당하는 양자 플랫폼을 보여줍니다 .. 즉, 양자 세계의 저항은 양자화되어 정수의 두 배만 점프할 수 있습니다.
이것은 장수성에게 영감을 주었다: 마요라나 페르미자는 보통 입자의 절반이다. 일반 입자가 정수 점프라면 마요라나 페르미자는 반정수 점프일 수 있습니다. 이상한' 1/2 단계' 를 보일 것입니다. 따라서 그는 수정 마요라나 페미자가 양자 이상 홀 효과 박막과 일반 초전도체 박막으로 구성된 혼합장치에 존재한다고 예언했다. 일반 초전도체가 비정상적인 양자 홀 효과 박막에 놓이면, 근접 효과로 마요라나 페르미자를 실현할 수 있게 되면, 해당 실험에 새로운 양자 플랫폼이 추가되어 1/2 배 기본 저항 단위 E2/h 에 해당한다. .....
장수성은 마요라나 페르미자를 찾는 실험 플랫폼: 양자 이상 홀 효과 박막과 일반 초전도체 박막으로 구성된 혼합장치다.
후속 실험 검증에서 흥미진진한 결과가 나왔다. 왕강룡 등 실험팀은 확실히' 1/2 단계' 를 보았다. 이 반기본 저항은 마요라나 페미자가 반전통 입자로서의 특수한 성질에서 비롯된 것이므로, 추가적인 반정수 양자 플랫폼은 마요라나 페미자의 존재를 수징하는 강력한 증거를 제공한다.
왕강룡 실험팀과 장수성 이론팀이 공동으로 측정한 반양자 컨덕턴스 플랫폼은 이론적 예측과 일치해 마요라나 페르미자의 발견을 위한 직접적이고 강력한 실험 증거를 제공한다.
"천사 입자가 가져온 양자 컴퓨팅 시대는 나를 흥분과 기대로 가득 채웠다."
천사 입자를 찾는 것은 무엇을 의미합니까? 장수성은 기초과학의 발견에서 기술의 응용에 이르기까지 여러 해가 걸리지만 천사 입자의 발견은 양자 계산이 가능해졌다는 것을 의미한다고 지적했다.
그는 양자 세계가 본질적으로 평행하며 하나의 양자 입자가 동시에 두 개의 슬릿을 통과할 수 있다고 설명했다. 따라서 양자 컴퓨터는 고전 컴퓨터보다 훨씬 높은 고도의 병렬 계산을 할 수 있습니다. 산수 문제를 예로 들다. 큰 수가 주어지면 두 숫자의 곱으로 나눌 수 있는지 물어보면 고전 컴퓨터는 궁상법으로 한 번에 하나씩 나눌 수 있는 계산만 시도할 수 있고 양자 컴퓨터는 가능한 모든 항목의 계산을 순식간에 동시에 완료할 수 있다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 컴퓨터명언) (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 컴퓨터명언)
양자 입자는 동시에 두 개의 슬릿을 통과할 수 있다.
그러나 양자 비트의 정보는 저장하기가 매우 어렵고, 약한 환경 소음은 양자 특성을 파괴한다. 그래서 양자 컴퓨터는 종종 비현실적인 꿈으로 여겨진다.
"일반적으로 양자 비트는 하나의 전통적인 입자에만 저장할 수 있어 쉽게 방해를 받을 수 있습니다. 하지만 이제 천사 입자의 발견은 놀라운 가능성을 제공한다. 양자 비트는 두 개로 나뉘어 마요라나의 두 페르미온에 저장될 수 있는데, 이 두 페르미온은 거리가 매우 멀다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 남녀명언). "
Zhang Shousheng 은 전통적인 소음이 동시에 두 개의 마요라나 페르미온에 같은 방식으로 영향을 주어 저장된 양자 정보를 파괴하기가 어렵다고 말했다. "천사 입자를 기반으로 한 저장 방법은 기존의 저장 방법에 비해 매우 안정적이다."
"우리가 제시한 장치도 2 차원 시스템이다. 마요라나 페미자의 얽힘과 짜임새를 허용하여 효과적인 양자 계산을 가능하게 함으로써 인류가 직면한 몇 가지 난제를 해결했다." 장수성은 "나는 천사 입자 퍼레이드의 양자 천국에 대한 흥분과 기대로 가득 찼다" 고 말했다.
중국 과학자들이 이룬 업적을 축하합니다!