的《核磁共振》，想必大多数人都听说过，但你们听说过《核能共振》吗？早在1961年，核磁共振先驱、诺贝尔物理学奖获得者NicolaasBloembergen就预测到了这一现象。然而，直到58年后，澳大利亚的科学家才在实验室的一次意外爆炸中验证了这一预言。新南威尔士大学科学家的新发现发表在最新一期的《自然》杂志上，开辟了一种操纵原子的新方法，并为基于核自旋的量子计算机技术铺平了道路。一种操纵原子的新方法众所周知的核磁共振是通过磁场操纵原子和电子的自旋来实现的。所谓自旋可以把原子或电子想象成一个高速旋转的陀螺，带电的陀螺会产生磁场，使原子和电子像一根小磁针，旋转轴的方向就是磁针。过去，我们只能通过强大的磁场来控制这些小磁针的指向。但是需要大电流才能产生强磁场，而且很难在小范围内控制磁场，更不可能精确控制单个原子。就像我们想摇动台球桌上的一个球，但我们必须摇动整个桌子，其他球也会跟着摇动。核电共振相当于给你台球杆，让你准确击打你想打的球。文章的通讯作者AndreaMorello教授是这样解释的。△论文的三位作者，Prof.AndreaMorello,Dr.VincentMourik,Dr.SerwanAsaad，可以在微小电极的尖端产生电场，电场强度随着远离而急剧减弱从尖端，从而控制在一个非常小的范围内的电场。Morello的团队正在使用硅纳米电子学上的尖端电池来控制单个原子。核电共振的偶然发现研究已沉寂数十年。Morello教授的团队过去一直在研究核磁共振，核电共振不是他们的研究方向。起初，他们对锑(Sb)原子核进行了NMR。最初的研究目标是探索由核自旋的混沌行为决定的量子世界和经典世界之间的边界。该论文的第一作者SerwanAsaad博士说：“这是一个纯粹的好奇心驱动的项目，没有考虑应用。”为了研究锑原子，他们需要制造一个非常强的磁场，所以他们需要让一个大电流通过线圈，而这个大电流导致线圈爆炸。正常情况下，实验就会失败，仪器就报废了。但他们仍然坚持继续用锑原子做实验。由于线圈被炸毁，没有磁场，反而在锑原子周围产生了强大的电场。该电场使核自旋产生相干信号，退相干时间长达0.1秒，比其他方法长几个数量级。这让研究人员意识到，他们可能已经发现了核电共振现象。他们的结果也得到微观理论模型的支持，该模型揭示了核四极相互作用的纯电调制如何在存在晶格应变的情况下导致相干核自旋跃迁。莫雷洛教授认为，这一具有里程碑意义的发现在未来将会有一系列新的应用。这一发现意味着我们可以在不使用磁场的情况下构建基于自旋的量子计算机，它还可以用来制造超灵敏的电磁场传感器。所有这些都可以集成在硅芯片上，并通过向金属电极施加电压来控制。莫雷洛教授的团队也在朝着这一步迈进，他们计划在2022年研制出10量子比特的硅芯片，这是实现第一台硅量子计算机的第一步。论文地址：https://arxiv.org/abs/1906.01086
