写的氮杂2020年8月24日
Maxwell等式统一电力和磁力，这是大量现代技术的基础。然而，实现了固体材料中电和磁性的有效耦合在整个世纪始终是挑战。亚博网站下载
这主要是由于电子的磁性和电性分别来源于电子的自旋动力学和轨道动力学。由于这两种动力学相互独立，大多数材料中很难观察到磁-电耦合现象，电场和磁场作为外部刺激，往往只通过自旋行为和轨道行为分别影响材料。亚博网站下载
电子旋转的量子性质使其在量子信息处理等领域中有望应用。最先进的方法来操纵旋转依靠外部磁场，通常是磁共振。
尽管用电场方法进行自旋操纵在空间分辨率、能源效率和器件构造中的琐碎结构等方面可能优于其他方法，电子自旋对外部电场不敏感的限制迫使人们使用带电数十千伏的电极，并将其放置在比人的头发直径还要窄的间隙中，以实现实际应用。
如果通过化学设计可以增强电子旋转和外部电场之间的耦合，则可以显着降低驱动电场的大小，允许更快速和方便的旋转操作。
北京大学化学与分子工程学院蒋尚达教授提出，由于稀土离子具有显著的自旋轨道耦合，人们可以利用它们的原子轨道来增强电子自旋与外电场之间的耦合，从而使低电压的自旋操纵成为可能。
克服了稀土离子的常见缺点，如量子相干差，江队通过电场实现了电子旋转的高效相干操纵。图2显示了受控周期性进化下CE3 +离子的叠加状态的量子相。
在此基础上，优化实验条件，实现了有效的可控量子相位门，并演示了量子bang-bang控制、量子芝诺效应和Deutsch-Jozsa算法。作者认为，本工作中驱动电压仅降低到50 V的原因是制备的样品大小的限制。如果系统能进一步小型化到微米级，操作将可能以更低的电压和更高的效率。随着相关行业中先进的芯片制造技术的发展，将整个系统集成在集成电路中并通过外部接口进行控制是很有希望的。因此，本研究为利用电子自旋构造可应用的量子计算单元奠定了基础。
这项工作最近发表在国家科学评论亚博老虎机网登录国家自然科学基金、国家科技部和北京量子信息科学研究院资助。亚博老虎机网登录
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通过强旋转轨道耦合增强电场操纵：促进稀土离子作为Qubits
国家科学评论亚博老虎机网登录，2020. DOI：10.1093 / NSR / NWAA148
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa148
来源:http://www.scichina.com/