科学家将惰性气体自旋与碱金属自旋强耦合，有助常温量子存储

近日，科学家实现了惰性气体自旋与碱金属自旋的强耦合，为操控惰性气体的核自旋提供了一条路径，并为室温下进行量子存储和量子纠缠铺平了道路。

碱金属-惰性气体自旋系统的实验方案和相干时间测量，图片来自论文

据悉，宏观量子系统通常会由于与环境的耦合而迅速失去相干性。惰性气体的核自旋则由于完整的电子壳层保护，可以在室温及以上的温度保持数小时的相干性，因此能够储存量子信息长达数小时，可用于制作高度稳定的磁力计。

但此前科学界很难对其进行控制，这是由于电子壳层在保护惰性气体核自旋的相干性同时，阻碍了人们通过光学手段或与其它自旋气体耦合的方式对其进行操控。

此次，以色列魏茨曼科学研究所R.Shaham、O.Katz和O.Firstenberg等人实现了氦-3惰性气体自旋与碱金属蒸气的光学可及自旋之间的强相干耦合。这种耦合产生于随机自旋交换碰撞的相干积累，并获得了比衰减率高10倍的耦合强度。团队观察了两种气体之间自旋激发的相干和周期性交换，并证明了外部磁场能够对该耦合进行主动控制。这种方法可用于操控惰性气体的核自旋，使量子传感和量子信息相关应用成为可能。相关成果近日发表于《自然物理学》(Nature Physics)。

碱金属-惰性气体自旋系统在强耦合状态下的光谱响应，图片来自论文

前述团队证明了惰性气体和碱金属原子之间的自旋交换碰撞形成了一个有效相干界面，且外部可控。实验结果表明该界面可以达到强耦合状态。这些研究成果进一步为室温下进行量子存储和量子纠缠铺平了道路。