中外科學(xué)家實(shí)現(xiàn)零磁場(chǎng)核磁共振的普適量子控制

記者近日從中科大獲悉：該校杜江峰院士團(tuán)隊(duì)彭新華教授課題組與德國(guó)亥姆霍茲研究所、加拿大滑鐵盧大學(xué)合作，首次實(shí)現(xiàn)零磁場(chǎng)核自旋體系的普適量子控制，并發(fā)展了用于評(píng)估量子控制和量子態(tài)的方法，這一成果有望推動(dòng)零磁場(chǎng)核磁共振在生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)及基礎(chǔ)物理領(lǐng)域中的應(yīng)用。成果發(fā)表在最新一期著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進(jìn)展》上。

零磁場(chǎng)核磁共振是一個(gè)正在快速發(fā)展的新領(lǐng)域，它具有許多突出的優(yōu)勢(shì)，例如消除了傳統(tǒng)核磁共振對(duì)超導(dǎo)磁體的依賴性、高分辨率譜學(xué)等。然而，零磁場(chǎng)核磁共振面臨多方面的困難。在實(shí)驗(yàn)中，中科大課題組采用極其靈敏的原子磁力計(jì)作為探測(cè)器，來測(cè)量零磁場(chǎng)下極其微弱的核磁共振信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果超過傳統(tǒng)核磁共振的譜線分辨率，展示了利用零磁場(chǎng)核磁共振實(shí)現(xiàn)的高分辨率譜學(xué)。課題組利用精心設(shè)計(jì)的組合脈沖實(shí)現(xiàn)原子核自旋的單比特門和多比特門，首次實(shí)現(xiàn)零磁場(chǎng)核磁共振的普適量子控制，同時(shí)發(fā)展了評(píng)估量子控制保真度的方法，對(duì)量子控制的質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)估，操控保真度高達(dá)99%。

基于該工作發(fā)展的量子控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同自旋之間相互作用的選擇性測(cè)量，而選擇出的反對(duì)稱性自旋相互作用可以用于檢驗(yàn)分子的宇稱不守恒規(guī)律。