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2011年4月12日

中大量子科技研究登權威刊物封面提升核磁共振技術 裨益科學發展

2011年4月12日
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圖片由《自然──納米技術》提供

劉仁保教授

香港中文大學(中大)物理系劉仁保教授的研究團隊在量子科技研究上再創突破,發現提高核磁共振靈敏度至單分子水平的方法,有助促進開發具超高速運算能力的量子計算機。該研究獲納米科技領域權威刊物《自然──納米技術》(Nature Nanotechnology)刊登為四月號的封面故事。 

劉教授表示中大最近已成立「量子相干中心」以推動相關研究,並期望更多有創意且不畏困難的青年人加入量子科技研究的行列,為開啟量子信息時代作出貢獻。 

過去六十多年來,科學家致力發展核磁共振技術,現已廣泛應用於醫療、生物、化學、材料、物理等領域,公眾熟悉的醫用核磁共振成像就是一例。核磁共振技術對科技發展影響深遠,至今有關技術的突破性成就已獲授五項諾貝爾獎,可見其對科技發展的重大貢獻。 

近十五年來,科學家正努力實現一個宏願──利用核磁共振技術研製具有超高速運算能力的量子計算機。然而他們面臨一大難題,即核子磁性極其微弱,只有同時測量大量分子才能產生足夠信號。這一方面限制了核磁成像分辨率,另一方面則使大規模核自旋量子計算無法實現。因此,目前量子科技中最重要的課題之一,就是要把核磁共振技術的靈敏度提高至單分子水平,以提高成像分辨率至納米甚至原子尺度,及推進大規模量子計算機的實現。 

劉教授的研究團隊為破解上述難題找到出路。2009年,他們和其他合作單位巧妙地利用微波脈衝多次翻轉電子自旋來大幅延長其量子態的壽命,朝量子計算邁進一大步。該研究成果曾於《自然》雜誌發表,並入選當年中國十大科技進展榜。其後,他們進一步發現在超純淨的鑽石中,微量雜質的電子自旋的量子態壽命很長,因此對微弱磁場極其敏感。鑽石中雜質電子自旋被微波脈衝反覆翻轉的情況下,單個分子中核子的微弱磁場已經可以對電子自旋量子態產生很強的擾動,產生指紋圖譜般的信號振盪。這些指紋圖譜可以用來確定單個分子的結構或核子對的位置,有望使核磁共振的靈敏度大大提升至前所未有的原子尺度。



圖片由《自然──納米技術》提供

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劉仁保教授

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