雷根斯堡大学的物理学家找到了一种使用原子分辨率显微镜操纵单个电子量子态的方法。该研究结果现已发表在《自然》杂志上。

我们以及我们周围的一切都是由分子组成的。这些分子是如此之小，即使是一粒灰尘也含有无数个分子。现在通常可以使用原子力显微镜对此类分子进行精确成像，原子力显微镜的工作原理与光学显微镜完全不同：它基于感测尖端与所研究的分子之间的微小力。

使用这种类型的显微镜，人们甚至可以对分子的内部结构进行成像。尽管人们可以通过这种方式观察分子，但这并不意味着了解其所有不同的特性。例如，已经很难确定分子由哪种原子组成。

幸运的是，还有其他工具可以确定分子的组成。其中之一是电子自旋共振，其原理与医学中的核磁共振扫描仪类似。然而，在电子自旋共振中，通常需要无数分子才能获得足够大的可检测信号。通过这种方法，人们无法获得每个分子的特性，而只能获得它们的平均值。

雷根斯堡大学的研究人员在UR实验与应用物理研究所的JaschaRepp教授博士的带领下，现已将电子自旋共振集成到原子力显微镜中。

重要的是，电子自旋共振是用显微镜的尖端直接检测到的，因此信号仅来自一个单独的分子。通过这种方式，他们可以以一一的方式表征单个分子。这使得人们能够确定他们刚刚成像的分子是由哪些原子组成的。

这项研究的第一作者LisanneSellies补充道：“我们甚至可以区分分子，这些分子在组成原子的类型上没有区别，而只是在同位素上，即原子核的组成上有区别。”

“然而，我们对电子自旋共振所带来的另一种可能性更加感兴趣。这项技术可用于操作分子中存在的电子的自旋量子态，”雷普教授说。

量子计算机存储和处理以量子态编码的信息。为了执行计算，量子计算机需要操纵量子态，而不会因所谓的退相干而丢失信息。雷根斯堡的研究人员表明，利用他们的新技术，他们可以在单个分子中的自旋量子态退相干之前多次操作该量子态。

由于显微镜技术允许对分子的各个邻域进行成像，因此新开发的技术可以帮助理解量子计算机中的退相干如何取决于原子尺度的环境，以及最终如何避免它。

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