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來自加拿大和美國的科學家在最新一期《科學進展》雜志上發表論文稱，他們首次在實驗室研制出能產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提供了全新途徑，有望推進量子計算的發展，識別并解決基礎物理學領域的新問題。

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對如何在實驗室產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研究所及橡樹嶺國家實驗室的科學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。這些中子的環形圖案顯示，它們處于一個特殊的螺旋狀態。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這一點。

研究人員指出，中子在基礎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。

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