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我国首次实现零磁场核磁共振的普适量子控制

记者从中国科学院微观磁共振重点实验室获悉,该实验室在零磁场核磁共振方面取得重要进展,这一成果有望推动零磁场核磁共振在生物、医学、化学以及基础物理领域中的应用。

中国科学院微观磁共振重点实验室彭新华教授课题组与德国、加拿大科研机构合作,首次实现了零磁场核自旋体系的普适量子控制,并发展了用于评估量子控制和量子态的方法,相关研究成果日前发表在著名国际期刊《科学进展》上。

零磁场核磁共振是一个正在快速发展的新领域,具有许多突出的优势,例如消除了传统核磁共振对超导磁体的依赖性、高分辨率谱学、丰富的自旋动力学等。然而,零磁场核磁共振面临多方面的困难:首先,在零磁场下,传统核磁共振的感应探测方法完全失效,探测零磁场核磁共振信号非常困难;其次,零磁场核磁共振由于不同的核自旋的拉莫进动频率为零,因此无法使用选择性脉冲进行操控,如何实现普适的量子控制是亟须解决的难题。

课题组利用精心设计的组合脉冲实现了原子核自旋的单比特门和多比特门,首次实现了零磁场核磁共振的普适量子控制,同时发展了评估量子控制保真度的方法。对量子控制的质量进行了评估,操控保真度高达99%。基于该工作发展的量子控制技术,可以实现对不同自旋之间相互作用的选择性测量,而选择出的反对称性自旋相互作用可以用于检验分子的宇称不守恒规律。该工作提供了将零磁场核磁共振应用于基础物理研究的可能性。

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