鸟类指南针量子模拟的核磁共振实验研究

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鸟类能通过地球的磁场导航,这种功能叫做鸟类磁觉。四十多年前人们在一些鸟类的身上首次发现了这个现象。虽然磁觉四十年前就已经发现,我们对它的了解还是很有限。有一些证据支持导航功能是通过自由基对相互作用的量子效应实现的。参考探头模型是广泛应用的一个量子指南针模型,它与所有迄今为止已发现的实验结果符合。它是一个简化的分子指南针模型,自由基对中的一个电子受超精细耦合的影响,而另外一个电子则不受影响。深入了解鸟类指南针可以帮助我们发展新的技术,比如极其灵敏的指南针,它能感应到磁场微小的涨落。自从量子计算的概念提出后,得到了很大发展。量子计算可以大大加速某些问题的计算。Shor算法可以指数地加快大数分解,Grover搜索算法可以平方根加速无序数据库的搜索。特别是量子计算机可以大大加速量子系统的模拟。量子模拟是用一个好控制的量子体系模拟另外一个量子体系。建造实用量子计算机是当前的研究前沿热点问题,已经有了多种可能实现量子计算的体系。核磁共振系统是一个候选者,也是最早开展实验量子计算的体系。核磁共振有很长的发展历史,有很多实现精确的控制的经验。在本文中,我们用核磁共振量子计算处理器实现了第一个鸟类指南针原理演示实验。我们对实现了参考探头模型进行了参数优化,利用GRAPE软件得到了鸟类指南针中的量子门。在量子模拟中,我们采用了高斯求积方法。实验结果表明,了鸟类指南针的参考与探头模型是可行的。
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