工程师意外破解一个量子谜题，或将颠覆核磁共振
核电共振的来临？...
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最近，在一个实验室里发生，了一个令人惊喜的意外事件，由此引发了物理学中的，一项突破性发现。它的出现不仅解决了一个长达半个，多世纪的问题，而且对量子计算机和传感器的发展，产生了重大影响。因激光光谱学而获得诺贝尔物理学奖的核磁共振先驱尼可拉斯·布伦柏根（Nicolaas Bloembergen）曾在1961年提出一个设想，他认为我们或许可以仅仅利用电场，就实现对单原子(单，原子)的原子核的控制。然而多年过去，这一目标一直未能实现。
直到最近，在一项发表于《自然》杂志上的论文中，一个澳大利亚的工程师团队宣布，他们意外地实现了这一壮举。
论文的通讯作者、量子工程学教授Andrea Morello介绍说，这一发现动摇了核磁共振的范式：“这一发现意味着，我们现在有了一种可以利用单原子自旋来建造量子计算机的方法，这种方法的运作，无需任何振荡磁场。此外，我们可以利用这些原子核作为，极其精确的电场和磁场传感器，或者用它们来回答量子科学中，的基本问题。”
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核磁共振是现代物理学、化学，甚至医学和采矿中最为，广泛使用的技术之一。医生可以用它来，详细查看病人体内的情况，采矿产业可以用它来，分析岩石样本。可以说，核磁共振对许多应用来说都是非常，有效的技术。然而，对于某些特定的应用来说，需要依赖磁场来对原子核进行，控制和探测就成了一个缺点。从应用角度来看，能够仅仅利用电场（而非磁场）来控制核自旋，都是一件影响深远的突破。磁场的产生需要大，线圈和大电流，它们的效应范围往往很广，要把磁场限制在非常小的空间里，是非常困难的操作。而与之相反的是，电场可以在一个微小，电极的尖端产生，它可以在远离电极，尖端的位置急剧下降。这种特性使得利用电场来控制纳米，电子设备中的单个原子变得容易得多。
morello教授用台球桌的类比来，解释磁场和电场控制核自旋的区别：“磁共振成像就像是试图通过举起和，摇动整张台球桌来移动桌上的一个特定台球。除了移动预定的球之外，也会移动其他所有的球。电共振这一突破就像拿着一根，真正的台球杆，只把想要打的球，打到想要的位置。”
在回顾这一发现的过程时，Morello教授介绍道，当时他完全没有意识到，他的团队已经解决这个长期以来一直困扰着物理学家的用，电场来控制核自旋的难题。
“我研究自旋共振已经有20年，的时间了，但说实话，我从来没听说过核电共振这个概念，”Morello教授说。“我们对这一效应的‘重新发现’纯属偶然，因为我从一开始就没有想过要，去寻找它。在首次对核电共振的研究尝试就，被证明这是一项太具有挑战性的任务之后，半个多世纪以来，整个核电共振领域几乎都，处于休眠状态。”
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一开始，研究人员在锑（Sb）原子上进行核磁共振，锑是一种具有很大，的核自旋的元素。研究的第一作者Serwan Asaad解释道：“我们最初的目标是探索，量子世界和经典世界之间的边界，这是由核自旋的混沌行为，所决定的。这纯粹是一个由，好奇心驱动的研究项目，并没有考虑到它的应用。”然而，当实验开始之后，他们便很快意识到有些地方，似乎不对。他们发现核子的行为，非常奇怪——它们会在一些特定，的频率上拒绝做出反应，但又在别的一些，频率上却表现出强烈的反应。
Asaad说：“这让我们困惑了一段时间，直到有天我们突然‘灵光一闪’，才意识到我们做的是，电共振，而不是磁共振。”
他们制造了一个由锑原子和一个特殊天线构成的装置，这个装置被优化后，可以产生高频磁场来，控制原子核。Asaad介绍说：“由于实验需要很强的磁场，所以我们给天线输入了，很大的功率，然后就把它给炸毁了！”
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在通常情况下，如果实验所使用的是，如磷一类的较小原子核，那么在天线被炸毁之时，游戏就已经结束——这个设备就不能再被，使用了。然而在使用了，锑核的情况下，实验居然得以继续进行。他们发现，在天线被毁之后，它产生了一个强电场，而非磁场。这直接导致了研究人员，对核电共振的重新发现。在展示了用电场，控制原子核的能力之后，研究人员利用复杂的计算机模型来，了解电场是如何精确地影响原子核的自旋的。这一工作凸显出了核电共振是一种真正局部的且微观的现象：电场扭曲了原子核，周围的原子键，使其重新定向。
Morello教授说：“这一具有里程碑意义的结果将开启一个，发现和应用的宝库。我们所创造的系统具有足够的复杂性来，让我们研究经典世界是如何从量子领域浮现出来的。此外，我们可以利用它的量子复杂性来建造灵敏度得到，了大大改善的电磁场传感器。所有的这一切，都可以在一个简单，的硅制电子设备里，用施加在金属电极，上的微小电压来控制。”
参考来源：
https://newsroom.unsw.edu.au/news/science-tech/engineers-crack-58-year-old-puzzle-way-quantum-breakthrough
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