中外科学家实现零磁场核磁共振的普适量子控制

记者近日从中科大获悉：该校杜江峰院士团队彭新华教授课题组与德国亥姆霍兹研究所、加拿大滑铁卢大学合作，首次实现零磁场核自旋体系的普适量子控制，并发展了用于评估量子控制和量子态的方法，这一成果有望推动零磁场核磁共振在生物、医学、化学及基础物理领域中的应用。成果发表在最新一期著名学术期刊《科学进展》上。

零磁场核磁共振是一个正在快速发展的新领域，它具有许多突出的优势，例如消除了传统核磁共振对超导磁体的依赖性、高分辨率谱学等。然而，零磁场核磁共振面临多方面的困难。在实验中，中科大课题组采用极其灵敏的原子磁力计作为探测器，来测量零磁场下极其微弱的核磁共振信号。实验结果超过传统核磁共振的谱线分辨率，展示了利用零磁场核磁共振实现的高分辨率谱学。课题组利用精心设计的组合脉冲实现原子核自旋的单比特门和多比特门，首次实现零磁场核磁共振的普适量子控制，同时发展了评估量子控制保真度的方法，对量子控制的质量进行了评估，操控保真度高达99%。基于该工作发展的量子控制技术，可以实现对不同自旋之间相互作用的选择性测量，而选择出的反对称性自旋相互作用可以用于检验分子的宇称不守恒规律。