Nature刊文：首次捕获到单个反物质量子比特！

科学家都认为，宇宙大爆炸应该创造出等量的物质和反物质，而后它们彼此湮灭，使如今的宇宙空无一物。但我们的存在本身就表明了物质与反物质的不对称，尽管一些实验已经揭示了部分不对称性的起源，但迄今发现的物质反物质差异，无法用于解释当前以物质为主导的宇宙。
欧洲核子研究中心（CERN）的BASE实验正通过质子和反质子在相似条件下自旋行为的差异寻找不对称性。但即使对反质子的磁矩测量精度提升到1.5 ppb（10-10），仍未发现与质子磁矩的差异。这可能源于在技术上很难维持反质子的量子叠加态，从而仔细研究其特性。
最近，一项发表于《自然》（Nature）的研究在低温彭宁阱系统中首次捕获了单个反质子量子比特，并维持了约50秒的相干时间，分析得到了单个反质子自旋的相干光谱。

相干量子跃迁谱是计量学、量子信息处理、磁力测量以及标准模型精度测试中的有力工具，可以精密测量质子和氘核磁矩，形成具有亚万亿分之一分辨率的微波激射光谱。不过此前所有这类实验都是在宏观粒子集合上进行。
研究团队通过应用独特的多阱技术，使用连续斯特恩-格拉赫效应监测反质子的自旋态，并将粒子传输到精密阱的均匀磁场中，再次引入了相干动力学，并用分析阱中的量子投影测量分析结果。最终，研究团队首次观测到了单个反质子自旋的拉比振荡，并在时间序列测量中实现了自旋反转概率大于80%，自旋相干时间约为50秒。其中，单粒子自旋的共振扫描显示反转概率大于70%，跃迁线宽比以前的测量值窄16倍。
这项结果表明，构建相干技术可以克服一些影响测量分辨率的因素，展示了在建立显著提高分辨率的核磁矩测量方法上迈出了关键一步。宇宙当初的那些反物质究竟在哪里，也许快揭秘了。
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