尽管对光子和电子轨道角动量的实验合成和研究技术进行了广泛的研究，但使用中子的设备设计以前从未被成功证明。中子具有独特的性质，因此，研究人员必须构建新的工具并开发新的方法来处理它们。
量子计算研究所（IQC）的科学家们开发了一种装置，可以产生具有明确指定轨道的扭曲中子 角动量 这在实验史上还是第一次。这项以前被认为不可能的突破性科学成就为科学家研究下一代量子材料的生长提供了一种全新的方法，其应用范围包括 量子计算 发现和解决基础物理学中的新问题。
IQC 研究员兼滑铁卢大学变革量子技术技术负责人 Dusan Sarenac 博士表示： “中子 是表征新兴量子材料的强大探针，因为它们具有几个独特的特征。它们具有纳米级的波长、电中性和相对较大的质量。这些特征意味着中子可以穿过 X 射线和光无法穿过的材料。”
IQC 和物理与天文学系教员 Dmitry Pushin 博士及其团队为他们的研究建造了类似叉子的小型硅光栅结构。这些设备非常微小，以至于在仅 0.5 厘米 x 0.5 厘米的范围内就可以找到超过 19 万个叉形位错相位光栅。当单个中子流穿过该装置时，单个中子开始以螺旋状扭转。一台专门的中子相机在中子行进 10 米后记录下了它们的照片。研究小组注意到，每个中子都长成了 XNUMX 厘米宽的环形痕迹。
传播中子的圆环图案表明它们已处于特殊的螺旋状态，并且该组的光栅装置已经产生了具有量子化轨道角动量的中子束，这是同类中的第一个实验成果。
Dmitry Pushin 博士，IQC 和滑铁卢物理与天文学系教员， 说过, “中子在基础物理的实验验证中很受欢迎，它使用三个容易获得的自由度：自旋、路径和能量。在这些实验中，我们的团队在中子束中使用了轨道角动量，提供了额外的量化自由度。为此，我们正在开发一个工具箱来表征和检查下一代量子设备（例如量子模拟器和量子计算机）所需的复杂材料。”
杂志参考：
- 杜桑·萨雷纳克、梅丽莎·亨森等人。中子螺旋波的实验实现。 科学进展。 DOI： 10.1126/sciadv.add2002
