核磁共振中高自旋原子核的贗純態(tài)制備.pdf

1、量子計(jì)算這一基于量子理論和信息論的新興學(xué)科，其目標(biāo)是研究出一種新的計(jì)算模式，它不僅不像傳統(tǒng)半導(dǎo)體計(jì)算機(jī)那樣受量子效應(yīng)的限制，而且反能利用量子力學(xué)的特殊性質(zhì)進(jìn)行運(yùn)算加速，甚至是完成傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)沒法完成的任務(wù)。雖然這門學(xué)科的發(fā)展和量子物理理論的研究相互促進(jìn)，其核心仍是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。時(shí)至今日，已經(jīng)有各種各樣的物質(zhì)或現(xiàn)象成為這一學(xué)科嘗試其計(jì)算模式的平臺(tái)。其中，利用原子核自旋與射頻場(chǎng)相互作用的核磁共振量子計(jì)算無疑是最為成熟的物理實(shí)現(xiàn)之一。

2、而在核磁共振量子計(jì)算中，基于自旋1/2的雙態(tài)系統(tǒng)直接作為量子比特，并且利用各向同性液體內(nèi)分子的運(yùn)動(dòng)平均效應(yīng)，樣品的哈密頓量呈現(xiàn)出非常簡(jiǎn)單的形式，一直作為各種量子計(jì)算及模擬實(shí)驗(yàn)的操作平臺(tái)。
　　 在各類同位素中，自旋高于1/2的原子核非常豐富，在核磁共振實(shí)驗(yàn)中利用上這些高自旋原子核不但擴(kuò)大了樣品的選擇空間，還能獲得一些1/2自旋所不具備的特性，其中最主要的方面就是高自旋原子核的電荷分布會(huì)和周圍的電場(chǎng)產(chǎn)生強(qiáng)烈的耦合，主要體現(xiàn)形式是電

3、四極耦合。與化學(xué)屏蔽作用相似，這也是一個(gè)與方向有關(guān)，可以用張量描述的相互作用。在核磁共振量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)中的很多情況下，這并不是一個(gè)好的性質(zhì)，樣品中自旋系綜所產(chǎn)生的譜線會(huì)很復(fù)雜。目前，一方面我們可以利用固體核磁共振實(shí)驗(yàn)的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)分析、消除或者利用這樣的方向相關(guān)性。另一方面，由于液晶相的部分有序性（通常為軸對(duì)稱性），高自旋樣品中的電四極耦合保留為簡(jiǎn)單的形式，相鄰能級(jí)間的躍遷頻率等間距分布且間距量級(jí)適當(dāng)(kHz)，成為了利用高自旋原子核進(jìn)

4、行量子計(jì)算中最簡(jiǎn)單易行的方案。
　　 隨著量子操控的形式越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的把目標(biāo)幺正變換拆成邏輯門再用相對(duì)固定的脈沖序列實(shí)現(xiàn)的辦法有時(shí)顯得力不從心。脈沖控制技術(shù)的日益精確，加上優(yōu)化控制和數(shù)值算法的成熟理論，通過計(jì)算形狀脈沖來實(shí)現(xiàn)給定幺正變換的思路得到了相當(dāng)?shù)闹匾?，成為了傳統(tǒng)方法的有力補(bǔ)充甚至是替代。我們基于已有的在這方面的進(jìn)展和本小組編寫的基于GRAPE的脈沖計(jì)算程序，利用到高自旋體系的核磁共振實(shí)驗(yàn)中，在贗純態(tài)制備的實(shí)驗(yàn)?zāi)M中取