科学家造出了“本不该存在”的新奇物质

本研究由加州州立理工学院（Cal Poly）物理系讲师伊恩·鲍威尔（Ian Powell）与本科毕业生路易斯·布查尔特（Louis Buchalter，2025届物理学学士）共同完成，发表于《物理评论B》期刊，题为《磁通切换式弗洛凯工程》。研究核心在于：当磁场不是固定不变，而是按特定节奏（如周期性）随时间变化时，物质可被‘驱动’进入一种全新的量子状态——这类状态在传统静态条件下完全无法存在。这突破了以往认为量子物态主要取决于材料本身成分或结构的认知，转而强调‘时间上的调控方式’本身就能创造新物态。研究人员将这种动态调控方法称为‘弗洛凯工程’，它类似于用精确节拍‘敲打’量子系统，从而诱导出前所未有的有序行为。该成果对发展实用化量子技术意义重大：通过优化磁场施加的时间规律，可显著提升量子系统的稳定性，减少环境噪声（如温度波动、电磁干扰等）导致的计算错误——而噪声正是当前量子设备走向应用的最大障碍之一。研究还发现，这类受驱量子态背后存在一种简洁的数学规律，与高维量子系统中常见的拓扑模式高度相似，说明即使结构简单的实验体系（如超冷原子气），也能成为探索复杂量子现象的‘窗口’。团队进一步绘制出该系统的‘拓扑相图’，清晰标示出不同稳定量子相的边界与特征，为实验设计提供直观指导。在应用层面，该工作目前最直接的价值在于量子计算与量子模拟领域；未来对医药研发、金融建模、先进制造或航空航天等行业的潜在影响将是间接的——即通过推动更可靠、可调控的量子硬件发展来实现。下一步关键任务是开展实验验证，并将理论模型对接到真实量子器件平台（如超导量子芯片、光晶格等）。学生布查尔特表示，参与研究让他深刻体会到科研的非线性本质：需反复试错、灵活调整方案；他也由此从最初对凝聚态物理的兴趣，转向专注量子材料及其在电子、光子器件中的应用，并计划赴华盛顿大学攻读材料科学与工程硕士，未来希望投身国家实验室从事量子器件研发。