我國首次實現零磁場核磁共振的普適量子控制

記者從中國科學院微觀磁共振重點實驗室獲悉，該實驗室在零磁場核磁共振方面取得重要進展，這一成果有望推動零磁場核磁共振在生物、醫學、化學以及基礎物理領域中的應用。

中國科學院微觀磁共振重點實驗室彭新華教授課題組與德國、加拿大科研機構合作，首次實現了零磁場核自旋體系的普適量子控制，並發展了用於評估量子控制和量子態的方法，相關研究成果日前發表在著名國際期刊《科學進展》上。

零磁場核磁共振是一個正在快速發展的新領域，具有許多突出的優勢，例如消除了傳統核磁共振對超導磁體的依賴性、高解析度譜學、豐富的自旋動力學等。然而，零磁場核磁共振面臨多方面的困難：首先，在零磁場下，傳統核磁共振的感應探測方法完全失效，探測零磁場核磁共振信號非常困難；其次，零磁場核磁共振由於不同的核自旋的拉莫進動頻率為零，因此無法使用選擇性脈衝進行操控，如何實現普適的量子控制是亟須解決的難題。

課題組利用精心設計的組合脈衝實現了原子核自旋的單比特門和多比特門，首次實現了零磁場核磁共振的普適量子控制，同時發展了評估量子控制保真度的方法。對量子控制的質量進行了評估，操控保真度高達99%。基於該工作發展的量子控制技術，可以實現對不同自旋之間相互作用的選擇性測量，而選擇出的反對稱性自旋相互作用可以用於檢驗分子的宇稱不守恆規律。該工作提供了將零磁場核磁共振應用於基礎物理研究的可能性。（吳長鋒）

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