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allbetgaming手机版下载:量子计算机重大突破:科学家解决了58年前的量子问题

admin2020-10-2876

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2020-09-08 00:14 科学星

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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生长发生了重大影响。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目的,但今后一直未能实现:仅使用电场来控制单个原子的原子核。

新南威尔士大学的量子工程学教授Andrea Morello说:“这一发现意味着我们现在有了一种行使单原子自旋制作量子计算机的方式,这种方式不需要任何振荡磁场。”“此外,我们可以行使这些原子核作为正确的电场和磁场传感器,或者回覆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,这将发生深远的影响。发生磁场需要大线圈和大电流,而物理定律划定很难将磁场限制在异常小的空间内——它们的影响局限往往很广。另一方面,电场可以在一个小电极的尖端发生,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装备中的单个原子变得容易得多。

莫雷洛教授示意,这一发现撼动了核磁共振的范式。核磁共振是一种普遍应用于医学、化学或采矿等差别领域的手艺。他说:“核磁共振是现代物理、化学、甚至医学和采矿中最普遍使用的手艺之一。”“医生们用它来详细查看病人体内的情形,而矿业公司则用它来剖析岩石样本。这一切都异常有用,但对于某些应用来说,行使磁场来控制和探测原子核可能是一个瑕玷。”

莫雷罗教授用台球桌的类比来注释用磁场和电场控制核自旋的区别。

他说:“磁共振成像就像在台球桌上通过举起和摇动整个桌子来移动一个特定的球。”“我们会移动预定的球,但我们也会移动所有其他的球。”

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“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,即找到了一种行使电场控制核自旋的方式。

莫雷洛教授示意:“我从事自旋共振研究已有20年,但说实话,我从未听说过核磁共振这个观点。”“我们完全是意外地‘重新发现’了这种效果——我从来没有想过要去寻找它。半个多世纪以来,整个核磁共振领域险些处于休眠状态,此前的首次实验证实这一点被证实太具有挑战性。”

研究人员最初是打算在一个单一的锑原子上举行核磁共振,锑原子是一种具有较大核自旋的元素。该研究的主要作者之一,Serwan Asaad博士注释道:“我们最初的目的是探索量子天下和经典天下之间的界限,这是由核自旋的混沌行为所决议的。这纯粹是一个好奇心驱动的项目,没有思量应用。”

“然而,一旦我们最先实验,我们就意识到有些地方出了问题。该研究论文的主要作者之一文森特·穆里克博士回忆道:“细胞核的行为异常新鲜,它拒绝在特定的频率上做出反映,但在其他频率上却表现出强烈的反映。”

“这让我们疑心了一段时间,直到我们有了‘顿悟时刻’,才意识到我们做的是电子共振,而不是磁共振。”

Asaad博士继续说:“我们制造了一个包罗锑原子和特殊天线的装置,优化后缔造了一个控制原子核的高频磁场。我们的实验需要很强的磁场,以是我们给天线很大的功率,然后我们把它炸毁了!”

穆里克博士说:“通常情形下,像磷这样的小原子核,当你炸毁天线的时刻,游戏就竣事了,你不得不扔掉这个装备。”但在锑核的情形下,实验继续举行。效果发现,在损伤后,天线发生的是一个强电场,而不是磁场。以是我们‘重新发现’了核磁共振。”

在展示了用电场控制原子核的能力之后,研究人员行使庞大的计算机模型来领会电场是若何正确地影响原子核的自旋的。这一起劲强调了核电共振是一种真正局部的、微观的征象:电场扭曲了原子核周围的原子键,使其重新定向。

网友评论

5条评论
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