物理学家实时测量原子磁心的脉冲

原子的磁性心脏在量子态之间来回滴答作响时的脉冲是在实验室中计时的。

物理学家使用了一个扫描隧道显微镜观察电子与钛 49 原子核同步运动，从而使它们能够单独估计核心磁搏动的持续时间。

“这些发现，”他们在论文中写道，“对核自旋弛豫的本质进行了原子尺度的洞察，并且与原子组装量子比特平台的开发相关。

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自旋是物理学家用来描述量子版本的术语角动量.它不仅是磁铁行为的基础，而且通常构成磁铁行为的基础量子计算作为信息的“位”，称为量子比特。

在量子风暴中嗡嗡作响的许多亚原子粒子有助于原子核的整体自旋，尽管集体自旋在采用某种构型时的触发器很容易受到原子周围环境的影响。在环境扰乱这种集体自旋状态之前了解它的特征可以为工程师提供一种新的量子比特来玩。

然而，在不影响原子核的情况下观察原子核的自旋状态会带来真正的困境。因此，由荷兰代尔夫特理工大学的物理学家埃弗特·斯托尔特（Evert Stolte）和李振元（Jinwon Lee）领导的一个团队认为，他们也许能够利用原子中电子的行为作为代理。

几年前，研究人员确定他们可以使用所谓的超精细交互在电子和它们的原子核之间作为引导，而不需要直接干扰它的磁舞。

“几年前，利用电子和核自旋之间所谓的超精细相互作用，就已经证明了总体想法，”物理学家桑德·奥特解释道代尔夫特理工大学。“然而，这些早期测量速度太慢，无法捕捉核自旋随时间推移的运动。”

为了弥补这一点，研究人员开发了一种脉冲测量方案，即扫描隧道显微镜以短脉冲测量具有已知核自旋的原子，中间有中断，而不是一次连续测量。

他们选择了一种稳定的、天然存在的钛同位素进行实验，称为钛 49。这种同位素是核物理研究的热门选择，因为它的原子核具有有趣的磁反应特性以及科学家可以纵的强烈自旋来了解原子核的行为。

在脉冲状态下，Stolte 和 Lee 在计算机屏幕上显示的读数中实时观察到原子的切换。他们确定每个开关之间有大约五秒的时间间隔——他们可以比原子核振荡更快地执行这一测量。

“我们能够证明这种转换对应于核自旋从一种量子态翻转到另一种量子态，然后再翻回来，”斯托尔特 说.“任何新实验前沿的第一步是能够测量它，这就是我们能够在原子尺度上为核自旋做的事情。”

该研究已发表在自然通讯.

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