研究者们使用这种技术翻转原子的自旋方向，自旋是原子的基本量子属性，接着测量原子可“记住”这种状态多久，然后再回到它自然的自旋状态。这是开发原子尺度运行的计算机内存的第一步，材料科学家还可用这项技术进行必要的基础研究，以制造更有效率的有机太阳能材料。

操纵和测量原子的自旋态是制成量子比特或量子位的一条途径，在量子计算机中，量子位可同时作为1和0。原子自旋的静态测量是可能的，但是直到现在为止，都未曾能够观察原子自旋随时间变化的情况。

研究人员牵头的是IBM加州圣•约瑟（San Jose）实验室的顿•伊格勒（Don Eigler）和安德烈•海因里希（Andreas Heinrich），他们能观察到，原子自旋翻转或“放松”随时间推移的情况，他们使用改进的扫描穿隧显微镜，或者叫STM（scanning tunneling microscope），这种仪器是 IBM研究人员在1981年发明的。他们拍摄到的图像是原子每5纳秒的状态，这比之前快了100万倍。

IBM研究人员发现，一个单一的铁原子能以自旋形式储存磁信息，时长大约一纳秒。然而，当铁原子接近铜原子时，其量子记忆时间就会延长，所以自旋放松就可持续大约200纳秒。研究结果发表在上周《科学》杂志上。

“信息会在200纳秒中衰变，但这是一段很长的时间，”研究小组成员塞巴斯蒂安•劳斯说,。“现在的处理器在这段时间可进行几百个周期的运算。”

当扫描穿隧显微镜尖端非常接近一个表面时，电流就会在该表面上的原子和显微镜尖端之间流动。在一个表面上移动显微镜，就可以生成一张该表面的图像。分析电流的流动，就可以了解原子的磁状态，包括其自旋。

为提高扫描穿隧显微镜的时间分辨率，研究者们改进了显微镜尖端，这样，它不仅测量电流也提供电流。他们向一个原子注入电流，然后测量原子在一个固定时间段之后的状态。对于每一个这样的时间段，他们都做十万次测量。他们改变脉冲和测量之间的时间间隔，一遍又一遍地重复这个过程。每次测量所得的图像都作为帧，以合成视频。把这些帧放在一起，研究者们就创造了原子自旋状态的一种运动图像，每5纳秒左右拍摄一帧。

劳斯说，IBM研究人员希望在两个基本研究领域使用快速扫描穿隧显微镜技术。首先，他们会继续用它来确定，不同的原子组合是否可使储存量子信息的时间更长一些。第二，通过用一连串光子取代一连串电子作为脉冲信号，劳斯说，研究者们希望能更好地了解有机分子如何把光转换成电能。这可能带来更好的太阳能电池。

IBM这样的系统可翻转和测量原子自旋，可能成为未来量子计算机的一部分，阿斯普如•古吉克（Aspuru-Guzik）说，他是哈佛大学化学和化学生物学教授。改变和测量原子自旋，并能够预测出原子行为，就向这一目标迈进了重要的一步，他说。到目前为止，已经制作出的大部分装置，他说，更像是“量子玩具”而非电脑。但是该领域正在稳步前进，他说，“每个星期都会有人演示，操纵量子位又进步了一点。”

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