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新研究提出用光为量子自旋“护航”

2025-07-15 10:07 新华网 责任编辑：陈曦

新华社耶路撒冷7月14日电(记者王卓伦 路一凡)以色列和美国的研究人员日前在美国《物理评论快报》上发表论文说,他们合作发现了一种利用激光束保护原子“自旋”不受干扰的全新方法,为提升量子传感器、导航系统等关键技术的稳定性和实用性打开新路径。

在量子技术中,原子内部的磁性取向(即“自旋”)是存储和感知信息的核心。然而,当原子相互碰撞或撞击容器壁时,自旋容易失去同步,即所谓“自旋弛豫”现象,导致信息丢失。长期以来,这一问题限制了量子设备的性能与稳定性。

传统上,科学家往往通过在极低磁场环境中结合复杂笨重的磁屏蔽结构来延缓这种信息丢失。来自耶路撒冷希伯来大学和美国康奈尔大学的研究人员发现,使用一束经过精确调谐的激光照射原子气体,可显著降低这一信息丢失速度。研究团队通过对温热的铯蒸气进行实验,发现该技术可使原子的自旋保持同步,即使在频繁碰撞或与容器壁接触的条件下,仍能保持较长时间的“相干态”。实验结果显示,原子自旋的衰减速度减少了约90%,磁灵敏度显著增强。

研究人员将这项技术称为“光学保护”,它通过激光细致调整原子能级,使自旋自然趋于一致,从而抵抗外部干扰带来的去相干影响。这种方法无需传统磁屏蔽,也不依赖极低温或特殊磁场设置,更加简洁高效。

“就像数百个陀螺仪在一个盒子里高速旋转并不断碰撞,这束激光就像一名指挥家,让它们在激烈的环境中依旧保持和谐旋转。”耶路撒冷希伯来大学在新闻公报中介绍。

研究人员说,这项研究展示了如何借助光与原子自旋间的相互作用,在更广泛的现实条件下保持量子态的稳定。这种技术可广泛应用于量子磁力仪、量子导航系统、无需卫星支持的精准定位设备,乃至量子信息存储等领域。由于该技术可在“温暖环境”下运行,无需复杂低温系统与繁琐调试,其在医疗成像、考古探测、航天探索等领域的实际应用前景广阔。

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