作者弗洛里安·艾格纳，维也纳理工大学 信用:C
Hohmann / MCQST 来自加青和维也纳的一个研究小组发现了一个显著的回声效应，它为研究量子信息提供了令人兴奋的新可能性
小粒子可以有指向某个方向的角动量——自旋
这种自旋可以被磁场操纵
例如，这个原理是医院使用的磁共振成像背后的基本思想
一个国际研究小组现在在一个特别适合处理量子信息的系统中发现了一个惊人的效果:一片硅中磷原子的自旋与微波谐振器耦合
如果这些自旋被微波脉冲巧妙地激发，一段时间后就可以检测到所谓的自旋回波信号——注入的脉冲信号被重新发射为量子回波
令人惊讶的是，这种自旋回波并不是只出现一次，而是可以探测到一系列的回波
这为量子系统处理信息开辟了新的可能性
实验是由巴伐利亚科学与人文学院和慕尼黑技术大学的研究人员在加尔兴的瓦尔特-迈斯纳研究所进行的，理论解释是在维也纳发展起来的
现在这项联合研究已经发表在《物理评论快报》杂志上
量子自旋的回声 “自旋回波已经为人所知很久了，这没什么不寻常的，”教授说
维也纳工会的斯特凡·罗特
首先，磁场被用来确保许多原子的自旋指向同一个磁方向
然后原子被电磁脉冲照射，突然它们的自旋开始改变方向
然而，原子嵌入在稍微不同的环境中
因此，有可能在它们的自旋上作用了稍微不同的力
“因此，所有原子的自旋变化速度并不相同，”博士解释说
巴伐利亚科学与人文学院的汉斯·胡布尔
“一些粒子比其他粒子更快地改变它们的自旋方向，很快你就会得到一大堆方向完全不同的自旋
" 但是借助于另一个电磁脉冲，有可能逆转这种明显的混乱
一个合适的脉冲可以逆转先前的自旋旋转，使所有的自旋再次聚集在一起
“你可以想象这有点像跑马拉松，”斯特凡·罗特说
“在开始信号下，所有的跑步者仍然在一起
由于一些跑步者比其他人跑得快，跑步者的领域随着时间的推移被拉得越来越远
然而，如果现在所有的跑步者都得到返回起点的信号，那么所有的跑步者都会在大约相同的时间返回起点，尽管跑得快的跑步者必须比跑得慢的跑得远
" 在自旋的情况下，这意味着在某个时间点，所有的粒子都有完全相同的自旋方向——这就是所谓的自旋回波
“基于我们在这个领域的经验，我们已经期望能够在我们的实验中测量自旋回波，”汉斯·于布尔说
“值得注意的是，我们不仅能够测量单个回波，而且能够测量一系列的几个回波
" 影响自身的旋转 起初，还不清楚这种新奇的效果是如何产生的
但是现在一个详细的理论分析使得理解这一现象成为可能:这是由于实验的两个部分——微波谐振器中的自旋和光子——之间的强耦合，在微波谐振器中，微波只能以特定的波长存在
“这种耦合是我们实验的本质:你可以在自旋中存储信息，在谐振器中微波光子的帮助下，你可以修改它或读出它，”汉斯·胡布尔说
原子自旋和微波谐振腔之间的强耦合也是多重回波的原因:如果原子的自旋在第一次回波中都指向同一个方向，就会产生电磁信号
斯特凡·罗特解释说:“由于与微波谐振器的耦合，这个信号反过来作用于自旋，这导致了另一个回声——如此反复。”
“自旋本身会产生电磁脉冲，而电磁脉冲会产生下一个回波
" 自旋回波的物理学对于技术应用有着重要的意义——它是磁共振成像背后的一个重要的基本原理
多重回波提供的新的可能性，例如量子信息的处理，现在将被更详细地研究
“当然，自旋系综中的多个回波与谐振器的光子强耦合是一个令人兴奋的新工具
它不仅能在量子信息技术中找到有用的应用，还能在基于自旋的光谱学方法中找到有用的应用，”合著者、瓦尔特-迈斯纳研究所所长鲁道夫·格罗斯说
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