一次實(shí)驗(yàn)室事故幾乎燒毀了他們的儀器，但也讓他們意識(shí)到諾貝爾獎(jiǎng)得主尼古拉斯·58年前，布隆伯根提出了一個(gè)想法：用電場(chǎng)操縱單個(gè)原子核。

　　3月11日，新南威爾士大學(xué)的研究小組在《自然》雜志上發(fā)布了一份文件。報(bào)告成功地實(shí)現(xiàn)了核電共振，只使用電場(chǎng)改變了單個(gè)原子核的量子狀態(tài)。這一想法最初由諾貝爾獎(jiǎng)得主尼古拉斯公司提出·布隆伯根（NicolaasBloembergen）它是在1961年提出的，但以前從未實(shí)現(xiàn)過(guò)。如果核電共振能夠得到廣泛應(yīng)用，它可能會(huì)在科學(xué)研究和應(yīng)用中動(dòng)搖磁共振“壟斷”地位，甚至對(duì)量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)起著重要的作用。

　　對(duì)于研究團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，這一成就完全是一個(gè)驚喜——他們以前甚至沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)布隆伯根的想法。正是儀器爆炸使他們找到了一個(gè)新的研究方向。

　　一次愉快的實(shí)驗(yàn)事故

　　研究小組最初的計(jì)劃是對(duì)單個(gè)銻原子進(jìn)行核磁共振。這篇論文是由舍爾旺共同組成的·阿薩德（SerwanAsaad）博士解釋說(shuō)：“我們最初的目標(biāo)是探索量子世界和經(jīng)典世界之間的邊界，而經(jīng)典世界是基于核自旋混沌行為。這是一個(gè)好奇心驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目，我們沒(méi)有計(jì)劃任何應(yīng)用程序方向?！?/p>

　　“但在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，我們發(fā)現(xiàn)了一些不太正確的地方。原子核的行為很奇怪。它拒絕對(duì)某些頻率做出反應(yīng)，但對(duì)其他頻率做出強(qiáng)烈反應(yīng)，”另一個(gè)共同作文森特·穆?tīng)柸鹂耍╒incentMourik）博士說(shuō)，“有一段時(shí)間，我們感到非常困惑，直到某個(gè)時(shí)刻，我們意識(shí)到這是核電共振，而不是核磁共振?！?/p>

　　阿薩德博士繼續(xù)說(shuō)：“事實(shí)上，我們制造了一種儀器，包括一個(gè)銻原子和一個(gè)特殊的天線(xiàn)。我們計(jì)劃制造高頻磁場(chǎng)來(lái)控制原子核。這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要高強(qiáng)度的磁場(chǎng)，所以我們對(duì)天線(xiàn)施加了大量的動(dòng)力，然后它就爆炸了!”

　　穆里克指出，如果原子核像磷原子一樣小，儀器在天線(xiàn)爆炸后肯定不能使用，“但是我們使用銻原子，儀器可以繼續(xù)工作。爆炸后，天線(xiàn)產(chǎn)生的不是磁場(chǎng)，而是強(qiáng)大的電場(chǎng)。我們重新發(fā)現(xiàn)了核電共振。”

　　被遺忘的想法

　　當(dāng)時(shí)，研究小組沒(méi)有意識(shí)到他們第一次實(shí)現(xiàn)了諾貝爾獎(jiǎng)得主尼古拉斯·布隆伯根在半個(gè)世紀(jì)前提出了這個(gè)想法。研究通訊作者.UNSW優(yōu)秀的量子工程教授（ScientiaProfessor）安德里亞·莫萊羅（AndreaMorello）說(shuō)：“我一生中花了20年時(shí)間研究自旋共振，但我真的沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)核電共振。我們重新發(fā)現(xiàn)了這種效應(yīng)。這完全是一個(gè)意外。我從沒(méi)想過(guò)要找到它。最早的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證嘗試遇到了許多困難?，F(xiàn)在整個(gè)核電共振領(lǐng)域已經(jīng)沉睡了半個(gè)多世紀(jì)?！?/p>

　　莫萊羅教授.穆里克博士和阿薩德博士。圖片來(lái)源：UNSW

　　核電共振的原理類(lèi)似于核磁共振，兩者都利用了原子的自旋。在原子內(nèi)，核電荷的分布受到核旋轉(zhuǎn)的影響，形成一個(gè)沿核旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)橢球體。核四極矩與電子產(chǎn)生的電場(chǎng)的相互作用是核四極的相互作用。在1961年發(fā)表的一篇論文中，尼古拉斯·布隆伯根提出自旋I>1/2.在一定條件下，核電四極矩不為零的原子核可以通過(guò)共振電場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)其核電四極相互作用，從而改變核自旋。

　　然而，當(dāng)時(shí)的核磁共振技術(shù)比核磁共振技術(shù)成熟得多，布隆伯根本人就是先驅(qū)之一。早在20世紀(jì)40年代末，布隆伯根在哈佛大學(xué)讀研究生時(shí)，他就和導(dǎo)師愛(ài)德華一起學(xué)習(xí)·珀塞爾（EdwardPurcell）共同開(kāi)發(fā)核磁共振技術(shù)。到20世紀(jì)70年代初，核磁共振成像儀開(kāi)始用于體檢，然后將其應(yīng)用于更多領(lǐng)域。布隆伯根也轉(zhuǎn)向了激光光譜學(xué)研究，因此他分享了1981年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。核電共振的想法似乎逐漸被遺忘。

　　打破核磁共振“壟斷”

　　現(xiàn)在，新南威爾士大學(xué)的研究小組已經(jīng)證明，它可以用電場(chǎng)改變?cè)雍说淖孕?，并使用?jì)算機(jī)建模進(jìn)行分析。他們已經(jīng)證明，原子核電共振是一種真正的微觀現(xiàn)象：電場(chǎng)扭曲了原子核周?chē)逆I，迫使其轉(zhuǎn)向。

　　用磁場(chǎng)和電場(chǎng)控制原子自旋有什么區(qū)別？莫萊羅用桌球臺(tái)比喻，他說(shuō)：“磁共振就像舉起整個(gè)桌子，搖晃它來(lái)控制一個(gè)球。我們確實(shí)可以移動(dòng)那個(gè)球，但我們也可以移動(dòng)其他球。電共振是一個(gè)突破，這相當(dāng)于給你一個(gè)臺(tái)球桿，你可以用它準(zhǔn)確地?fù)糁幸粋€(gè)球?！?/p>

　　如今，磁共振技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域.化學(xué).在采礦和其他領(lǐng)域，作者指出，如果應(yīng)用于納米尺度，電共振的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于磁共振。磁場(chǎng)通常依賴(lài)于大的線(xiàn)圈和強(qiáng)大的電流，而且磁場(chǎng)很難在小范圍內(nèi)受到限制；相比之下，小電極的尖端可能產(chǎn)生強(qiáng)大的電場(chǎng)，電場(chǎng)更容易受到限制或屏蔽。

　　研究作者認(rèn)為，如果將原子核用量子點(diǎn)連接起來(lái)，可以通過(guò)電場(chǎng)控制并實(shí)現(xiàn)可能有助于在不依賴(lài)共振磁場(chǎng)的情況下開(kāi)發(fā)基于原子核自旋和電子自旋的硅量子計(jì)算機(jī)。

　　“這一發(fā)現(xiàn)意味著我們找到了一種方法，可以利用單原子自旋制造量子計(jì)算機(jī)，而不依賴(lài)共振磁場(chǎng)，”莫萊羅說(shuō)，“在量子科學(xué)中，我們還可以使用原子核作為高精度傳感器來(lái)檢測(cè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，甚至回答基本問(wèn)題?！?/p>