核电共振解决了长达半个多世纪难题的新的量子突破
（文章来源：量子认知）
我们许多人听说过核磁共振，它广泛应用于医学、化学、采矿等领域。医生使用它非常详细地查看患者体内，采矿公司使用它来分析岩石样品。核磁共振（nuclear magnetic resonance，简称nmr）是基于原子尺度的量子磁物理性质，通过磁场来控制核自旋。
但是许多人一定从没听说过核电共振。核电共振（英文：nuclear electric resonance)，是通过电场而不是磁场来控制核自旋。这一概念最先是1961年由磁共振的先驱、诺贝尔奖获得者、尼古拉·布隆伯根（nicolaas bloembergen）首次提出。但此后却使所有人望而却步，因为太难实现：仅使用电场来控制单个原子的原子核。
现在，悉尼新南威尔士大学的科学家们却开创了这个先例，仅使用电场而不是磁场来控制单个原子的原子核，取得了突破性发现，解决了长达半个多世纪的这一难题。而且，令人惊讶的是，研究团队开始并没意识到他们这一发现，即寻找一种方法来控制电场的核自旋。和许多重大发明一样，这一突破性发现却是在实验室中的一次偶然事故所导致的。如下面示意图所示，科学家无意间使用了纳米级电极局部控制硅芯片内单个核的量子态。
新南威尔士大学量子工程科学教授安德里亚·莫雷洛（andrea morello）说：“这一发现意味着我们现在有了一条使用单原子自旋来构建量子计算机的途径，而无需任何振荡磁场来进行操作。” “此外，我们可以将这些原子核用作电场和磁场的精确传感器，或者回答量子科学中的基本问题。”
可以通过电场而不是磁场来控制核自旋具有深远的影响。产生磁场需要大的线圈和高电流，而物理定律表明很难将磁场限制在很小的空间中，因为它们往往具有很大的影响范围。但是电场可以在微小电极的尖端产生，并且电场会从尖端急剧下降。这将使对放置在纳米电子器件中的单个原子的控制更加容易。
莫雷洛教授说，这一发现改变了核磁共振的范式。他使用台球桌的类比来解释用磁场和电场控制核自旋之间的区别：“进行磁共振就像试图通过抬起并摇动整个桌子来移动台球上的特定球。” “我们将移动预期的球，但我们还将移动其他所有球。”“电共鸣的突破就像是将一根实际的台球棍交给要击中的球一样。”
莫雷洛教授说：“我从事自旋共振已经20年了，但老实说，我从未听说过核电共振。” “我们完全是偶然地'发现'了这种效应，我从来没有想到过会发现这种效应。半个多世纪以来，核共振的整个领域几乎都处于休眠状态，如此尝试会具有相当大的挑战性。”
研究人员最初计划对单个锑原子进行核磁共振，该锑原子具有较大的核自旋。研究人员解释说：“我们最初的目标是探索由核自旋的混沌行为所设定的量子世界与古典世界之间的边界。这纯粹是出于好奇驱动的项目，无需考虑任何应用程序。”“但是，一旦开始实验，我们就意识到出了点问题。核的行为非常奇怪，拒绝在某些频率下做出反应，但对其他频率表现出强烈的反应。”“这使我们困惑了一段时间，直到后来我们才醒然大悟，这才意识到我们是在做电共振而不是磁共振。”
研究人员解释说：“事情是这样的，我们制造了一个包含锑原子和特殊天线的设备，并对其进行了优化以创建一个高频磁场来控制原子核。我们的实验要求该磁场必须非常强，所以在天线上施加了很强的电能，结果发生了爆炸！”研究人员说：“通常，对于较小的如磷的原子核，当天线炸毁时，意味着就是'游戏结束'，必须扔掉设备。”但是，有了锑原子核，实验可继续进行。损坏后的天线产生的是强电场而不是磁场，所以我们‘重新发现’了核共振。”
在展示了利用电场控制原子核的这一现象之后，研究人员使用了复杂的计算机模型来了解电场究竟如何影响原子核的自旋。这项工作突显了核电共振是一种真正的局部微观现象：电场使原子核周围的原子键变形，从而使其自身重新定向。
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但是许多人一定从没听说过核电共振。核电共振（英文：nuclear electric resonance)，是通过电场而不是磁场来控制核自旋。这一概念最先是1961年由磁共振的先驱、诺贝尔奖获得者、尼古拉·布隆伯根（nicolaas bloembergen）首次提出。但此后却使所有人望而却步，因为太难实现：仅使用电场来控制单个原子的原子核。
现在，悉尼新南威尔士大学的科学家们却开创了这个先例，仅使用电场而不是磁场来控制单个原子的原子核，取得了突破性发现，解决了长达半个多世纪的这一难题。而且，令人惊讶的是，研究团队开始并没意识到他们这一发现，即寻找一种方法来控制电场的核自旋。和许多重大发明一样，这一突破性发现却是在实验室中的一次偶然事故所导致的。如下面示意图所示，科学家无意间使用了纳米级电极局部控制硅芯片内单个核的量子态。
新南威尔士大学量子工程科学教授安德里亚·莫雷洛（andrea morello）说：“这一发现意味着我们现在有了一条使用单原子自旋来构建量子计算机的途径，而无需任何振荡磁场来进行操作。” “此外，我们可以将这些原子核用作电场和磁场的精确传感器，或者回答量子科学中的基本问题。”
可以通过电场而不是磁场来控制核自旋具有深远的影响。产生磁场需要大的线圈和高电流，而物理定律表明很难将磁场限制在很小的空间中，因为它们往往具有很大的影响范围。但是电场可以在微小电极的尖端产生，并且电场会从尖端急剧下降。这将使对放置在纳米电子器件中的单个原子的控制更加容易。
莫雷洛教授说，这一发现改变了核磁共振的范式。他使用台球桌的类比来解释用磁场和电场控制核自旋之间的区别：“进行磁共振就像试图通过抬起并摇动整个桌子来移动台球上的特定球。” “我们将移动预期的球，但我们还将移动其他所有球。”“电共鸣的突破就像是将一根实际的台球棍交给要击中的球一样。”
莫雷洛教授说：“我从事自旋共振已经20年了，但老实说，我从未听说过核电共振。” “我们完全是偶然地'发现'了这种效应，我从来没有想到过会发现这种效应。半个多世纪以来，核共振的整个领域几乎都处于休眠状态，如此尝试会具有相当大的挑战性。”
研究人员最初计划对单个锑原子进行核磁共振，该锑原子具有较大的核自旋。研究人员解释说：“我们最初的目标是探索由核自旋的混沌行为所设定的量子世界与古典世界之间的边界。这纯粹是出于好奇驱动的项目，无需考虑任何应用程序。”“但是，一旦开始实验，我们就意识到出了点问题。核的行为非常奇怪，拒绝在某些频率下做出反应，但对其他频率表现出强烈的反应。”“这使我们困惑了一段时间，直到后来我们才醒然大悟，这才意识到我们是在做电共振而不是磁共振。”
研究人员解释说：“事情是这样的，我们制造了一个包含锑原子和特殊天线的设备，并对其进行了优化以创建一个高频磁场来控制原子核。我们的实验要求该磁场必须非常强，所以在天线上施加了很强的电能，结果发生了爆炸！”研究人员说：“通常，对于较小的如磷的原子核，当天线炸毁时，意味着就是'游戏结束'，必须扔掉设备。”但是，有了锑原子核，实验可继续进行。损坏后的天线产生的是强电场而不是磁场，所以我们‘重新发现’了核共振。”
在展示了利用电场控制原子核的这一现象之后，研究人员使用了复杂的计算机模型来了解电场究竟如何影响原子核的自旋。这项工作突显了核电共振是一种真正的局部微观现象：电场使原子核周围的原子键变形，从而使其自身重新定向。
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