58 年后，核磁共振先驱的假想终于取得了印证。
当地时间 2020 年 3 月 11 日，《天然》杂志（Nature）刊登了澳大利亚新南威尔士大学（The University of New South Wales，UNSW）量子工程封建传授 Andrea Morello 团队一篇名为 Coherent electrical control of a single high-spin nucleus in silicon（硅中单个高自旋核的干系电控制）的论文。
雷锋网了解到，一次实行中的失误不测地协助该研讨团队犹豫了核磁共振的范式（雷锋网注：指常规封建赖以运作的实际基本和实践标准，是从事某一封建的研讨者群体协同服从的天下观和举动办法），完成量子盘算机和传感器方面的打破。
上述论文中提到了一个“核自旋”的看法。
我们常说的化学元素是指具有一定核电荷数的原子，原子由原子核和绕核活动的电子构成。所谓核自旋，即原子核自旋角动量，但是是原子核的一个特性——原子核由质子和中子构成，质子和中子都有各自确定的自旋角动量，它们在核内另有轨道活动，相应地有轨道角动量，一切这些角动量的总和就是原子核的自旋角动量。
实践上，核自旋经过磁共振的控制和检测被广泛地使用在各范畴，如化学、医学、质料封建和采矿。同时，核自旋也显如今早前的固态量子盘算机提案及量子搜刮和分析算法的演示中。
雷锋网了解到，具有不同磁性的物质在一定条件下约莫显现不同的磁共振，如铁磁共振、亚铁磁共振、反铁磁共振、核磁共振等等。
「核磁共振」想必大局部人都听说过，如今在医学上核磁共振成像已成为一种稀有的影像反省究法。实践上，核磁共振武艺关于很多范畴而言都十分好效，但与此同时，对某些特定范畴的使用而言，它照旧存在范围性。
基于此，核磁共振先驱、诺贝尔物理学奖得主 Nicolaas Bloembergen 于 1961 年初次提出了只用电场控制单个原子核的假想。半世纪以来，这一假想一直未取得印证，直到迩来 Andrea Morello 团队公布发觉了“核电共振”。
【Andrea Morello 团队，图源 UNSW 官网】
实践上，这一发觉犹豫了核磁共振的范式——这是由于磁场的产生必要大线圈、大电流，它们的效应范围很广，很难把磁场限定在十分小的空间里；而电场可产生于一个弱小电极的尖端，能在阔别电极尖端的地点急剧下降。正如 Andrea Morello 传授所说：
磁共振就像抬起整个台球桌并晃动，从而挪动桌上的一个球。电共振的打破就像拥有了一根台球棒，精准击球。
就研讨的初志而言，Andrea Morello 传授表现：
半个多世纪以来，核电共振范畴几乎处于休眠形态。20 年来，我不休在研讨自旋共振，但是我们的这次发觉也完善是偶尔。
据 UNSW 官网先容，研讨团队开始是在锑（Sb，该元素具有很大的核自旋）原子上举行核磁共振。该论文作者之一 Serwan Asaad 博士表明说：
我们最初的目标是探究由核自旋的混沌举动所决定的量子天下和经典天下之间的界限，地道是猎奇心驱动，没有思索到使用。但原子核的反响很奇异，在某些频率没有反响，但在其他频率上反响剧烈。
这无疑让研讨团队堕入了怀疑，直到研讨团队熟悉到他们是在做电共振，而非磁共振。
因此，科研职员制造了一个由锑原子和特别天线构成的安装，颠末优化，安装产生高频磁场来控制原子核。据悉，该实行要求很强的磁场，因此研讨职员给天线输入了很大的功率，于是天线爆炸。
雷锋网了解到，假如研讨团队的实行中使用的是磷一类的较小原子核，那么天线被炸毁，就意味着装备无法使用、游戏完毕。
但这一“失败”，恰好是告捷的紧张——由于使用了锑核，天线被毁之后产生了一个强电场，研讨职员由此发觉了核电共振。
在证实白电场控制原子核的才能之后，研讨职员使用微观实际模子，来了解电场怎样准确地影响原子核的自旋。
具体来讲，上述模子展现了核电四极互相作用的纯电调制怎样招致由于晶格应变而唯一可寻址的干系核自旋跃迁。自旋去相位（雷锋网注：指把干系信号敏捷打散，使得不想要的剩余信号敏捷衰减，从而变小对后方的有效信号的影响）时间（0.1 秒）比经过必要耦合电子自旋来完成电驱动的办法取得的时间长几个数目级。
上述后果标明，使用全电控制，高自旋四极核可以作为混沌模子、应变传感器，以及自旋-机器殽杂量子体系。将电力可控核与量子点集成，可以为可伸缩的、基于核和电子自旋的硅量子盘算机铺路，确保其在不必要振荡磁场的情况下事情。
基于此，研讨团队发觉核电共振是一种真正的局部微观征象——电场使原子核周围的原子键（雷锋网注：寻常指由两个原子经过共用电子对而产生的一种化学键）重新定向。
Andrea Morello 传授也表现：
这一发觉意味着如今有了一条使用单原子自旋来构建量子盘算机的途径，不必要任何振荡磁场来运转它们。别的，用这些原子核作为准确的电场和磁场传感器，可以回复量子封建中的基本成绩。
在该论文中，研讨团队也具体演示了使用在硅纳米电子器件内产生的局部电场对单个锑核的干系量子控制。
【使用纳米标准的电极局部控制硅片内的单个锑原子核的量子态，图源 UNSW 官网】
值得一提的是，Andrea Morello 不仅是新南威尔士大学量子工程封建传授，也是悉尼一家依托于新南威尔士大学的量子盘算和通讯优秀武艺中央的项目司理，并于 2017 年 8 月建立了澳大利亚第一家量子盘算公司 Silicon Quantum Computing Pty Ltd，旨在推进量子盘算机的提高，并完成商业化。
2017 年 9 月，Andrea Morello 团队创造了一种基于“自旋翻转型量子比特”的量子盘算机布局，这一创造也使得大范围制造量子芯片的本钱和难度大幅低落，并在学术顶刊《天然.通讯》（Nature Communications）公布干系论文。
Andrea Morello 传授等人也曾表现：
我们方案到 2022 年研制出一个 10 量子比特的基于硅基集成电路的芯片，这将是向天下上第一台硅量子盘算机迈出的第一步。
参考材料：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2057-7
https://newsroom.unsw.edu.au/news/science-tech/engineers-crack-58-year-old-puzzle-way-quantum-breakthrough
https://mp.weixin.qq.com/s/LiZIhdwSxPfJOe_4YCJ0Qw
https://phys.org/news/2017-09-flip-flop-qubits-radical-quantum.html
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