莱斯大学的量子模拟让物理学家能清楚地了解自旋电荷分离，这是魔术师将人锯成两半的量子世界版本。本周发表在《科学》杂志上的这项研究对量子计算和原子级导线的电子学具有重要意义。

电子是不可分割的微小的亚原子粒子。它也是一种“反社会”的量子粒子，因为它们拒绝彼此共享空间。自旋电荷分离是它们在一维中相互厌恶的表现。尽管如此，量子力学决定了它们的两个属性——自旋和电荷——在一维线中以不同的速度传播。

莱斯大学的物理学家Randy Hulet、Ruwan Senaratne和Danyel Cavazos建造了一个超冷空间，在那里他们可以反复观看和拍摄这种量子奇观的原始版本，他们与来自莱斯大学、中国、澳大利亚和意大利的理论学家合作发表了该研究结果。

量子模拟是利用原子、离子或分子等真实物体的量子特性来解决传统计算机难以或不可能解决的问题。莱斯大学的自旋电荷模拟器利用锂原子作为电子的替代物，并使用光通道来代替一维电线。

我们知道宇宙中充斥着热量，它会掩盖原子的量子行为。为了感知锂中的量子效应，Hulet的团队使用激光冷却方法将锂原子冷却到比宇宙中最冷的自然物体还要冷100万倍。然后使用额外的激光器创建了一维光通道(光波导)。

Hulet说：“人们已经观察过固态材料中的自旋电荷分离，但他们并没有以非常干净或定量的方式看到它。我们的实验确实是第一个提供可以与几乎精确的理论进行比较的量化测量。”

这种新的模拟揭示了真实量子粒子在类似于理论上理想的原始环境中的行为。Hulet说：“冷原子使我们能够调整粒子之间相互作用的强度，从而可以与Tomonaga-Luttinger液体理论进行几乎教科书般的比较。”

Hulet说：“随着集成电路变得越来越小，芯片制造商不得不开始担心尺寸的问题。他们的电路最终会成为一个一维系统，这必须以与我们一直在谈论的一维导线相同的方式传导和传输电子。”

该研究还可以帮助拓扑量子计算机技术的发展，该计算机将信息编码为量子比特，它不受当今量子计算机所困扰的退相干影响。微软和其他公司希望用可能存在于某些一维或二维超导体中的被称为马约拉纳费米子的量子粒子来创建拓扑量子比特。

Hulet的长期目标是模拟一种可以容纳马约拉纳费米子的一维超导体，本周发布的这项研究代表了朝着该目标迈出一大步。他说：“我们正在学习这些系统……这项工作是重要的一步，它演示了我们在模拟一维超导体的系统上进行实验的能力。”（编译:Qtech）