近日，科學家實現了惰性氣體自旋與堿金屬自旋的強耦合，為操控惰性氣體的核自旋提供了一條路徑，并為室溫下進行量子存儲和量子糾纏鋪平了道路。

堿金屬-惰性氣體自旋系統的實驗方案和相干時間測量，圖片來自論文

據悉，宏觀量子系統通常會由于與環境的耦合而迅速失去相干性。惰性氣體的核自旋則由于完整的電子殼層保護，可以在室溫及以上的溫度保持數小時的相干性，因此能夠儲存量子信息長達數小時，可用于制作高度穩定的磁力計。

但此前科學界很難對其進行控制，這是由于電子殼層在保護惰性氣體核自旋的相干性同時，阻礙了人們通過光學手段或與其它自旋氣體耦合的方式對其進行操控。

此次，以色列魏茨曼科學研究所R.Shaham、O.Katz和O.Firstenberg等人實現了氦-3惰性氣體自旋與堿金屬蒸氣的光學可及自旋之間的強相干耦合。這種耦合產生于隨機自旋交換碰撞的相干積累，并獲得了比衰減率高10倍的耦合強度。團隊觀察了兩種氣體之間自旋激發的相干和周期性交換，并證明了外部磁場能夠對該耦合進行主動控制。這種方法可用于操控惰性氣體的核自旋，使量子傳感和量子信息相關應用成為可能。相關成果近日發表于《自然物理學》(Nature Physics)。

堿金屬-惰性氣體自旋系統在強耦合狀態下的光譜響應，圖片來自論文

前述團隊證明了惰性氣體和堿金屬原子之間的自旋交換碰撞形成了一個有效相干界面，且外部可控。實驗結果表明該界面可以達到強耦合狀態。這些研究成果進一步為室溫下進行量子存儲和量子糾纏鋪平了道路。