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

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)基本對象，它控制著材料的磁性。在經(jīng)典圖片中，旋轉(zhuǎn)通?？梢员灰暈橹改厢樀闹羔槨＠?，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)家試圖通過將單個(gè)原子緊密結(jié)合來抑制它們的退相干。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原子的自旋狀態(tài)。研究人員發(fā)現(xiàn)，通過使原子非常接近(接近一百萬倍于一毫米)，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。"

“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量子信息處理的量子比特的可能性?！盦NS大學(xué)校長安德烈亞斯海因里希教授補(bǔ)充道。在未來的實(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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