電子的自旋是自然界完美的量子比特，能夠?qū)⑿畔⒋鎯?chǔ)的范圍擴(kuò)展到“一”或“零”之外。利用電子的自旋自由度(可能的自旋態(tài))是量子信息科學(xué)的中心目標(biāo)。
勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(伯克利實(shí)驗(yàn)室)研究人員約瑟夫·奧倫斯坦、孫悅、姚杰和孟方浩的最新進(jìn)展表明，磁振子波包(電子自旋的集體激發(fā))在一類量子信息中遠(yuǎn)距離傳輸?shù)臐摿Α７Q為反鐵磁體的材料。
他們的工作顛覆了關(guān)于這種激發(fā)如何在反鐵磁體中傳播的傳統(tǒng)理解。即將到來(lái)的量子技術(shù)時(shí)代(計(jì)算機(jī)、傳感器和其他設(shè)備)依賴于遠(yuǎn)距離保真度傳輸量子信息。
奧倫斯坦和同事希望通過(guò)在《自然物理學(xué)》上發(fā)表的一篇論文報(bào)道他們的發(fā)現(xiàn)，能夠向這些目標(biāo)更近一步。他們的研究是伯克利實(shí)驗(yàn)室更廣泛努力的一部分，通過(guò)從理論到應(yīng)用的整個(gè)量子研究生態(tài)系統(tǒng)的工作，制造和測(cè)試基于量子的設(shè)備以及開(kāi)發(fā)軟件和算法來(lái)推進(jìn)量子信息。
電子自旋導(dǎo)致材料具有磁性，可以將其視為微小的條形磁鐵。當(dāng)相鄰自旋以交替方向定向時(shí)，結(jié)果是反鐵磁有序，并且這種排列不產(chǎn)生凈磁化。
為了了解磁振子波包如何穿過(guò)反鐵磁材料，奧倫斯坦的研究小組使用成對(duì)的激光脈沖擾亂一個(gè)地方的反鐵磁秩序，同時(shí)探測(cè)另一個(gè)地方，產(chǎn)生其傳播的快照。這些圖像顯示，磁振子波包向各個(gè)方向傳播，就像掉落的卵石在池塘上激起的漣漪一樣。
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