工程師不小心破解了58年老的量子力學之謎

60年前,諾貝爾獎得主物理學家Nicolaas Bloembergen預測了一種令人興奮的新現象叫做「核電共振(nuclear electric resonance)」。但是,一直沒有人能夠用實際證明它。不過現在,澳洲新南威爾斯大學由於設備故障,而不小心在實驗室中發現了核電共振的實際證據。 這突破使科學家能前所未有的控制原子核,並可能大幅加快量子電腦的發展。

該現象的中心思想是使用電場而不是磁場來控制單個原子的自旋,這表示對原子核更精確和更小型的管理,這可能會在各個領域產生深遠的影響。

新南威爾斯大學的量子物理學家Andrea Morello表示,「這發現表示我們現在有了一個使用單原子自旋來構建量子電腦的途徑,而無需任何振盪磁場來讓它運作。此外,我們可以將這些原子核用作電場和磁場的精確感應器,或者回答量子科學中的一些基本問題。」

在某些情況下,核電共振有可能取代核磁共振,核磁共振被廣泛用於多種項目,例如掃描人體、化學元素、岩石形成等。核磁共振的問題在於,它需要強大的電流、較大的線圈和龐大的空間,看看醫院裡的功能性磁振造影器就知道了。在某些方面它也是一種笨拙的機器, 如果要控制單個原子核(也許是用於量子計算,或者是非常小的感應器),那麼核磁共振並不是一項很好的工具。

Morello表示,「進行磁共振就像試圖抬起整個撞球桌並搖動它來移動桌上的球一樣。電共振的突破就像是給你一支實際的撞球竿讓你可以擊中想要的球一樣。」

新南威爾斯大學的研究員在一次核磁共振實驗中,破解了Bloembergen於1961年提出的難題,全因天線損壞,出乎意料的結果讓研究員意識到他們的設備有故障,並展示了核電共振。經過電腦建模後,研究小組能夠證明電場能影響原子核,使原子核周圍的原子鍵變形並使原子重新調整。現在科學家知道核電共振是如何運作的,他們就可以研究應用它的新方法。

Morello表示,「我們創建的系統具有足夠的複雜性,可以研究我們每天經歷的世界是如何從量子領域出現的。此外,我們可以利用它的量子復雜性來構建靈敏度大幅提高電磁場感應器,所有這一切,都在一個簡單矽電子設備中,透過向金屬電極施加小電壓來控制它。」

參考資料: Nature

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