《快乐的意外》解开了58岁的量子计算难题

时间:2020-04-06 18:37 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

《快乐的意外》解开了58岁的量子计算难题

实验室里发生的一件令人高兴的事带来了一项突破性的发现,不仅解决了半个多世纪以来的一个问题,而且对量子计算机和传感器的发展产生了重大影响。在今天发表于《自然》杂志上的一项研究中,新南威尔士大学悉尼分校的一组工程师完成了一位著名科学家1961年首次提出的可能实现的任务,但从那以后所有人都没能实现:只用电场来控制单个原子的原子核。

这一发现意味着我们现在有了利用单原子自旋建造量子计算机的途径,而不需要任何振荡磁场来运作。西南大学的量子工程学教授安德烈亚·莫雷罗说。此外,我们可以利用这些原子核作为精确的电场和磁场传感器,或者用来回答量子科学中的基本问题。

核自旋可以用电场而不是磁场来控制,这将产生深远的影响。产生磁场需要大线圈和大电流,而物理定律规定很难把磁场限制在非常小的空间内。他们的影响范围往往很广。另一方面,电场可以在一个小电极的尖端产生,它们会在远离电极尖端的地方急剧下降。这将使控制放置在纳米电子设备中的单个原子变得容易得多。

一个新的范例

莫雷洛教授表示,这一发现撼动了核磁共振的范式。核磁共振是一种广泛应用于医学、化学或采矿等不同领域的技术。核磁共振是现代物理、化学、甚至医学和采矿中应用最广泛的技术之一。他说。当采矿公司用它来分析岩石样品时,医生们用它来详细地观察病人的身体内部。这一切都非常有效,但在某些应用中,利用磁场来控制和探测原子核可能是一个缺点。

莫雷罗教授用台球桌的类比来解释用磁场和电场控制核自旋的区别。

进行磁共振就像试图通过举起和摇动整个台球桌来移动台球桌上的一个特定的球。他说。我们将移动目标球,但我们也将移动其他所有的球。

电共振的突破就像拿着一根真正的台球棍,把球打到你想要的地方。

令人惊讶的是,莫雷洛教授完全没有意识到,他的团队已经解决了一个长期存在的问题,即找到了一种利用电场控制核自旋的方法。

我研究自旋共振已经有20年了,但是说实话,我从来没有听说过核磁共振这个概念。黑樱桃教授说。“没有,我们《;rediscovered’这种效果纯属偶然。我从来没有想过要去找它。半个多世纪以来,整个核磁共振领域几乎处于休眠状态,因为人们首次尝试证明这一理论时发现它太具有挑战性了。

出于好奇

研究人员最初是打算在单个锑原子上进行核磁共振的。一种具有大的核自旋的元素。该研究的主要作者之一,Serwan Asaad博士解释道:我们最初的目标是探索量子世界和经典世界之间的边界,这是由核自旋的混沌行为所决定的。这纯粹是一个由好奇心驱动的项目,没有考虑到应用。

然而,一旦我们开始实验,我们就意识到有些地方出了问题。原子核的行为非常奇怪,它拒绝在某些频率上作出反应,但在另一些频率上却表现出强烈的反应。文森特·穆里克博士回忆道,他也是这篇论文的第一作者。

这使我们困惑了一段时间,直到我们有了一个顿悟的时刻。意识到我们做的是电子共振而不是磁共振。

阿萨德博士接着说:“事实上,我们制造了一个包含锑原子和一个特殊天线的装置,优化后可以产生一个高频磁场来控制原子核。”我们的实验需要很强的磁场,所以我们给天线加了很大的力,结果把它炸毁了。

游戏介绍

通常情况下,当你炸毁天线时,它的原子核较小,如磷,游戏就结束了。你必须把这个设备扔掉;Mourik博士说。但是有了锑核,实验继续进行。结果发现,在损伤后,天线产生的是一个强电场,而不是磁场。所以我们《;rediscovered’核电共振.”

在展示了用电场控制原子核的能力之后,研究人员利用复杂的计算机模型来了解电场是如何精确地影响原子核的自旋的。这一努力强调了核电共振是一种真正局部的、微观的现象:电场扭曲了原子核周围的原子键,使其重新定向。

这一划时代的成果将为科学发现和应用开辟一个宝库。黑樱桃教授说。我们创造的系统有足够的复杂性来研究我们每天所经历的经典世界是如何从量子领域浮现出来的。此外,我们可以利用它的量子复杂性来建造灵敏度大大提高的电磁场传感器。所有这一切,在一个简单的硅制电子装置里,用施加在金属电极上的小电压来控制。

DOI: 10.1038 / s41586 - 020 - 2057 - 7

当前位置:主页 > 物理知识 >

声明:本文杏鑫娱乐整理不代表个人观点,转载请注明原文,点击还能查看更多的文章;本文网址: http://www.kozbods.com/wuli/1071.html

围观: 次 | 责任编辑:杏鑫

延伸阅读

SEO关键字



回到顶部