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物理学家实现量子计算应用于磁成像领域

  美国匹兹堡大学的研究人员基于量子测量和纳米技术的界面工作,实现了由钻石晶体包裹的单个电子组成的纳米级磁成像的重要进展。研究人员表示,被认为是计算任务“动力室”的量子计算或许也可应用于高精度测量等纯电子工业以外的其他领域。相关研究报告发表在12月18日的《自然—纳米技术》网络版上。

物理学家实现量子计算应用于磁成像领域

  作为量子计算机关键的量子纠缠实验

  该校物理学和天文学系的助理教授古鲁德弗·达特表示,该纳米磁共振成像技术可针对单个分子或细胞内的一群分子进行扫描。传统的磁共振成像技术在这种分子层面不能很好工作,因此需要创建一种新设备来适应这种高精密度观测的需求。在构建这种装置中,科研团队面临的一个重大挑战是:需要在钻石晶体内利用单个电子的共振准确测量出磁场。共振是指一个物体在特定频率下,以最大振幅做出摆动的倾向,自然中存在着很多共振的现象,例如乐器的音响共振、摆钟共振和电路的共振等。共振十分强大,物理学家可用其对力、质量和电磁场等进行灵敏测量,但共振也限制了人们可以准确测量的最大磁场范围,在磁成像中,物理学家只能从接近传感器共振频率的分子处探测到狭长的磁场,使成像过程变得更加困难。

  科研人员利用量子计算的方法避开了硬件上的不足,以便能观测到整个磁场。与此前使用的标准技术相比,通过扩展磁场,科学家能将最大可探测场强和精度之间的比例提升10%。这使科研团队离研发出纳米级的磁共振设备又近了一步,届时科学家能够以非侵入的方式,研究分子、材料和细胞等的属性,在不伤害原子的情况下,显示它们所处的位置。而目前类似研究所采用的方法都不可避免地会破坏样本。研究人员表示,以上只是初步结果,他们期望在日后更多的研究中获得更多成果。达特表示:“这对于我们理解分子或活体细胞等具有直接影响。我们的工作显示量子计算也可以超越纯电子设备领域,为高精度测量取得进展扫清基本的路障。”

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