研究人员在屏蔽表面单个原子的量子特性方面取得了重大突破

基础科学研究所量子纳米科学中心(QNS)的研究人员在屏蔽表面单个原子的量子特性方面取得了重大突破。科学家利用单个原子的磁性(称为自旋)作为量子信息处理的基本组成部分。研究人员可以证明，通过紧密结合两个原子，它们可以比仅仅一个原子更好地保护它们脆弱的量子特性。

自旋是量子力学的一个基本对象，它控制着材料的磁性。在经典图片中，旋转通常可以被视为指南针的指针。例如，指针的北极或南极可以指示向上或向下的旋转。然而，根据量子力学定律，自旋也可以同时指向两个方向。这种叠加态非常脆弱，因为自旋与局域环境的相互作用导致了叠加态的相位损失。理解退相机制和增强量子相干性是自旋量子信息处理的关键因素之一。

在2018年11月9日发表在《科学进展》杂志上的这项研究中，QNS科学家试图通过将单个原子紧密结合来抑制它们的退相干。他们利用扫描隧道显微镜锋利的金属尖，利用单个钛原子的自旋进行研究，利用电子自旋共振探测原子的自旋状态。研究人员发现，通过使原子非常接近(接近一百万倍于一毫米)，它们可以保护两个磁耦合原子的叠加态不会比单个原子长20倍。"像趾骨一样，这两个原子可以保护彼此免受外部影响，比它们自己更好."该研究的第一作者、QNS研究员裴宇正博士说。"

“这是一个重要的发展，展示了我们如何设计和感知原子的状态。这使我们能够探索将它们用作未来量子信息处理的量子比特的可能性。”QNS大学校长安德烈亚斯海因里希教授补充道。在未来的实验中，研究人员计划构建更复杂的结构来探索和改善单个原子和纳米结构的量子特性。

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