美國(guó)匹茲堡大學(xué)的研究人員基于量子測(cè)量和納米技術(shù)的界面工作，實(shí)現(xiàn)了由鉆石晶體包裹的單個(gè)電子組成的納米級(jí)磁成像的重要進(jìn)展。研究人員表示，被認(rèn)為是計(jì)算任務(wù)“動(dòng)力室”的量子計(jì)算或許也可應(yīng)用于高精度測(cè)量等純電子工業(yè)以外的其他領(lǐng)域。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在12月18日的《自然·納米技術(shù)》網(wǎng)絡(luò)版上。

　　該校物理學(xué)和天文學(xué)系的助理教授古魯?shù)赂ァみ_(dá)特表示，該納米磁共振成像技術(shù)可針對(duì)單個(gè)分子或細(xì)胞內(nèi)的一群分子進(jìn)行掃描。傳統(tǒng)的磁共振成像技術(shù)在這種分子層面不能很好工作，因此需要?jiǎng)?chuàng)建一種新設(shè)備來(lái)適應(yīng)這種高精密度觀測(cè)的需求。

　　在構(gòu)建這種裝置中，科研團(tuán)隊(duì)面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)是：需要在鉆石晶體內(nèi)利用單個(gè)電子的共振準(zhǔn)確測(cè)量出磁場(chǎng)。共振是指一個(gè)物體在特定頻率下，以最大振幅做出擺動(dòng)的傾向，自然中存在著很多共振的現(xiàn)象，例如樂(lè)器的音響共振、擺鐘共振和電路的共振等。共振十分強(qiáng)大，物理學(xué)家可用其對(duì)力、質(zhì)量和電磁場(chǎng)等進(jìn)行靈敏測(cè)量，但共振也限制了人們可以準(zhǔn)確測(cè)量的最大磁場(chǎng)范圍，在磁成像中，物理學(xué)家只能從接近傳感器共振頻率的分子處探測(cè)到狹長(zhǎng)的磁場(chǎng)，使成像過(guò)程變得更加困難。

　　科研人員利用量子計(jì)算的方法避開(kāi)了硬件上的不足，以便能觀測(cè)到整個(gè)磁場(chǎng)。與此前使用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)相比，通過(guò)擴(kuò)展磁場(chǎng)，科學(xué)家能將最大可探測(cè)場(chǎng)強(qiáng)和精度之間的比例提升10%。這使科研團(tuán)隊(duì)離研發(fā)出納米級(jí)的磁共振設(shè)備又近了一步，屆時(shí)科學(xué)家能夠以非侵入的方式，研究分子、材料和細(xì)胞等的屬性，在不傷害原子的情況下，顯示它們所處的位置。而目前類似研究所采用的方法都不可避免地會(huì)破壞樣本。

　　研究人員表示，以上只是初步結(jié)果，他們期望在日后更多的研究中獲得更多成果。達(dá)特表示：“這對(duì)于我們理解分子或活體細(xì)胞等具有直接影響。我們的工作顯示量子計(jì)算也可以超越純電子設(shè)備領(lǐng)域，為高精度測(cè)量取得進(jìn)展掃清基本的路障。”