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      新研究提出用光為量子自旋“護航”

      2025-07-15 10:07 新華網(wǎng) 責任編輯:陳曦

      新華社耶路撒冷7月14日電(記者王卓倫 路一凡)以色列和美國的研究人員日前在美國《物理評論快報》上發(fā)表論文說,他們合作發(fā)現(xiàn)了一種利用激光束保護原子“自旋”不受干擾的全新方法,為提升量子傳感器、導航系統(tǒng)等關鍵技術的穩(wěn)定性和實用性打開新路徑。

      在量子技術中,原子內(nèi)部的磁性取向(即“自旋”)是存儲和感知信息的核心。然而,當原子相互碰撞或撞擊容器壁時,自旋容易失去同步,即所謂“自旋弛豫”現(xiàn)象,導致信息丟失。長期以來,這一問題限制了量子設備的性能與穩(wěn)定性。

      傳統(tǒng)上,科學家往往通過在極低磁場環(huán)境中結合復雜笨重的磁屏蔽結構來延緩這種信息丟失。來自耶路撒冷希伯來大學和美國康奈爾大學的研究人員發(fā)現(xiàn),使用一束經(jīng)過精確調(diào)諧的激光照射原子氣體,可顯著降低這一信息丟失速度。研究團隊通過對溫熱的銫蒸氣進行實驗,發(fā)現(xiàn)該技術可使原子的自旋保持同步,即使在頻繁碰撞或與容器壁接觸的條件下,仍能保持較長時間的“相干態(tài)”。實驗結果顯示,原子自旋的衰減速度減少了約90%,磁靈敏度顯著增強。

      研究人員將這項技術稱為“光學保護”,它通過激光細致調(diào)整原子能級,使自旋自然趨于一致,從而抵抗外部干擾帶來的去相干影響。這種方法無需傳統(tǒng)磁屏蔽,也不依賴極低溫或特殊磁場設置,更加簡潔高效。

      “就像數(shù)百個陀螺儀在一個盒子里高速旋轉并不斷碰撞,這束激光就像一名指揮家,讓它們在激烈的環(huán)境中依舊保持和諧旋轉。”耶路撒冷希伯來大學在新聞公報中介紹。

      研究人員說,這項研究展示了如何借助光與原子自旋間的相互作用,在更廣泛的現(xiàn)實條件下保持量子態(tài)的穩(wěn)定。這種技術可廣泛應用于量子磁力儀、量子導航系統(tǒng)、無需衛(wèi)星支持的精準定位設備,乃至量子信息存儲等領域。由于該技術可在“溫暖環(huán)境”下運行,無需復雜低溫系統(tǒng)與繁瑣調(diào)試,其在醫(yī)療成像、考古探測、航天探索等領域的實際應用前景廣闊。


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