基礎(chǔ)科學(xué)研究所量子納米科學(xué)中心(QNS)的研究人員在屏蔽表面單個(gè)原子的量子特性方面取得了重大突破。科學(xué)家利用單個(gè)原子的磁性(稱(chēng)為自旋)作為量子信息處理的基本組成部分。研究人員可以證明，通過(guò)緊密結(jié)合兩個(gè)原子，它們可以比僅僅一個(gè)原子更好地保護(hù)它們脆弱的量子特性。
自旋是量子力學(xué)的一個(gè)基本對(duì)象，它控制著材料的磁性。在經(jīng)典圖片中，旋轉(zhuǎn)通常可以被視為指南針的指針。例如，指針的北極或南極可以指示向上或向下的旋轉(zhuǎn)。然而，根據(jù)量子力學(xué)定律，自旋也可以同時(shí)指向兩個(gè)方向。這種疊加態(tài)非常脆弱，因?yàn)樽孕c局域環(huán)境的相互作用導(dǎo)致了疊加態(tài)的相位損失。理解退相機(jī)制和增強(qiáng)量子相干性是自旋量子信息處理的關(guān)鍵因素之一。
在2018年11月9日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的這項(xiàng)研究中，QNS科學(xué)家試圖通過(guò)將單個(gè)原子緊密結(jié)合來(lái)抑制它們的退相干。他們利用掃描隧道顯微鏡鋒利的金屬尖，利用單個(gè)鈦原子的自旋進(jìn)行研究，利用電子自旋共振探測(cè)原子的自旋狀態(tài)。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使原子非常接近(接近一百萬(wàn)倍于一毫米)，它們可以保護(hù)兩個(gè)磁耦合原子的疊加態(tài)不會(huì)比單個(gè)原子長(zhǎng)20倍。"像趾骨一樣，這兩個(gè)原子可以保護(hù)彼此免受外部影響，比它們自己更好."該研究的第一作者、QNS研究員裴宇正博士說(shuō)。"
“這是一個(gè)重要的發(fā)展，展示了我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)和感知原子的狀態(tài)。這使我們能夠探索將它們用作未來(lái)量子信息處理的量子比特的可能性?！盦NS大學(xué)校長(zhǎng)安德烈亞斯海因里希教授補(bǔ)充道。在未來(lái)的實(shí)驗(yàn)中，研究人員計(jì)劃構(gòu)建更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來(lái)探索和改善單個(gè)原子和納米結(jié)構(gòu)的量子特性。
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