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中美科学家在一维冷原子系统量子调控研究方面

2019-11-03 10:35

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10月24日消息,近日,中国科学院精密测量科学与技术创新研究院研究员管习文量子可积课题组与美国马萨诸塞大学教授Adolfo del Campo、浙江大学教授Gentaro Watanabe合作,在一维冷原子系统量子调控研究中取得新进展,并于10月17日在《自然》的共创子刊《NPJ:量子信息》杂志在线发表题为An interaction-driven many-particle quantum heat engine and its universal behavior 的研究论文。

近日,美媒称,美国马萨诸塞大学洛厄尔分校研究人员发现,蛋壳可以促进医疗过程中所需的新的强壮骨骼的生长。领导这项研究的助理教授居尔登·贾姆哲-于纳尔说,马萨诸塞大学洛厄尔分校开发的这项技术可能有朝一日会被用于修复患者因衰老、事故、癌症和其他疾病或在军事作战中受伤的骨骼。

在该工作中,量子可积研究组及其合作者率先提出了相互作用调控量子热机的构想,运用精确可解模型以及拉亭戈量子液体理论系统计算了相互作用调控量子热机的功及热机效率,发现在量子临界点附近量子热机具有最大的单粒子平均功,并讨论了实验上的实现方案。该工作从理论研究层面揭示了量子动力学系统的普适特性,并为量子调控和量子气体的实验研究提供了有意义的参考。

根据这一创新技术,在一种水凝胶混合物中加入粉碎的蛋壳,形成一个微型框架,用于为骨移植而在实验室中进行的骨骼培育。为达到这一目的,需要从患者体内取出骨细胞,注入这种物质,在培养皿中进行培育,然后将由此生长出来的新骨骼植入患者体内。

4166.com,量子热机是近年来多体量子物理领域的研究热点问题之一。从理论研究的角度看,传统的量子统计物理对于极低温以及极小尺度的量子动力学行为描述并不完备,作为其基石的各态遍历假说遭遇挑战,这激发了研究者们浓厚的兴趣,量子热机循环作为典型的量子动力学过程,受到了广泛关注。从超冷原子实验的角度看,对于极低温的实验系统,其量子效应占据主导,因此对超冷原子进行操控或进一步降温也必须考虑体系的量子热效应,而这正是量子热机的主要研究内容。

这项研究表明,将蛋壳颗粒——主要由碳酸钙构成——加进水凝胶混合物,可以增强骨细胞的生长和硬化能力,从而有可能加快骨骼愈合速度。此外,据贾姆哲-于纳尔说,由于骨骼是由从患者体内提取的细胞生成的,因此可以大大降低人体免疫系统排斥这种新材料的可能性。

该工作中,量子可积研究组及其合作者创造性地运用了可积模型以及低维量子场论的研究手段,通过严格的计算,分析了由一维接触相互作用玻色气体实现的量子热机循环,得到了热机效率、功等主要参数的解析表达式。作者针对冷原子物理实验的特点,提出了通过调控原子之间相互作用强度实现量子热机循环的构想,理论上证实了相互作用调控可实现和原先人们熟知的磁热、压热效应类似的一种全新的量子热效应。基于对热机循环的分析,该工作理论上完全证明了相互作用调控的量子热机的可实施性,并相应给出了具体的实验实施方案。

她说,这一技术还可以用来帮助软骨、牙齿和肌腱的生长。

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