荷兰代尔夫特理工大学的研究人员已经能够在原子的核心处启动受控运动。他们使原子核与原子最外层电子之一相互作用。这个电子可以通过扫描隧道显微镜的针头进行操纵和读出。这项研究今天发表在《自然通讯》杂志上，为将量子信息存储在原子核内提供了前景，在那里它不会受到外界干扰。

研究人员连续数周研究单个钛原子。“准确地说，是 Ti-47 原子，”研究负责人 Sander Otte 说道。“它的中子比自然界中丰富的 Ti-48 少一个，这使得原子核略带磁性。”这种磁性，即量子语言中的“自旋”，可以看作是一种可以指向各个方向的指南针。给定时间的自旋方向构成了一段量子信息。

精准调校

原子核漂浮在远离轨道电子的相对巨大的空隙中，与周围环境毫无关联。但有一个例外：由于“超精细相互作用”非常弱，原子核自旋会受到其中一个电子自旋的影响。“说起来容易做起来难，”卢卡斯·维尔德曼 (Lukas Veldman) 说，他最近以优异成绩完成了关于这项研究的博士论文答辩。“超精细相互作用非常弱，只有在非常小的、精确调节的磁场中才会有效。”

电压脉冲

一旦满足所有实验条件，研究人员就会使用电压脉冲将电子自旋推离平衡状态，之后两个自旋会一起摆动几分之一微秒。“正如薛定谔所预测的那样，”维尔德曼说。在进行实验的同时，他还进行了计算，令人惊讶的是，计算结果很好地再现了观察到的波动。观察结果和预测结果高度一致，表明在电子和原子核相互作用过程中没有量子信息丢失。

存储量子信息

有效地屏蔽环境使得核自旋成为保存量子信息的可行候选者。当前的研究可能使这一应用更近一步。但这并不是研究人员的主要动力。奥特：“这项实验让人类能够以难以想象的小规模影响物质状态。对我来说，仅凭这一点就值得付出努力。”