新研究提出用光為量子自旋“護航”
更新時間：2025/7/15 16:11:49 來源：新華社
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以色列和美國的研究人員日前在美國《物理評論快報》上發表論文說，他們合作發現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、導航系統等關鍵技術的穩定性和實用性打開新路徑。
在量子技術中，原子內部的磁性取向（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定性。
傳統上，科學家往往通過在極低磁場環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現，使用一束經過精確調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，發現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”。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，在更廣泛的現實條件下保持量子態的穩定。這種技術可廣泛應用于量子磁力儀、量子導航系統、無需衛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“溫暖環境”下運行，無需復雜低溫系統與繁瑣調試，其在醫療成像、考古探測、航天探索等領域的實際應用前景廣闊。
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以色列和美國的研究人員日前在美國《物理評論快報》上發表論文說，他們合作發現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、導航系統等關鍵技術的穩定性和實用性打開新路徑。
在量子技術中，原子內部的磁性取向（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定性。
傳統上，科學家往往通過在極低磁場環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現，使用一束經過精確調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，發現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”。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，在更廣泛的現實條件下保持量子態的穩定。這種技術可廣泛應用于量子磁力儀、量子導航系統、無需衛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“溫暖環境”下運行，無需復雜低溫系統與繁瑣調試，其在醫療成像、考古探測、航天探索等領域的實際應用前景廣闊。
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