基础科学研究所(IBS)量子纳米科学中心(QNS)的研究人员在屏蔽表面单个原子的量子特性方面取得了重大突破。科学家利用单个原子的磁性(称为自旋)作为量子信息处理的基本组成部分。研究人员可以证明，通过将两个原子紧密结合在一起，他们可以比仅仅一个原子更好地保护它们脆弱的量子属性。

自旋是基本的量子力学对象，它控制着物质的磁性。在经典图片中，旋转通常可以被认为是指南针的指针。例如，指针的北极或南极可以指示向上或向下旋转。但是根据量子力学定律，自旋也可以同时指向两个方向。这种叠加态是非常脆弱的，因为自旋和局域环境的相互作用导致了叠加态的相位损失。理解退相机制和增强量子相干性是基于自旋的量子信息处理的关键因素之一。

在2018年11月9日发表在《科学进展》杂志上的这项研究中，QNS科学家试图通过紧密结合来抑制单个原子的消相干。他们通过使用扫描隧道显微镜尖锐的金属尖端来研究单个钛原子的自旋，并使用电子自旋共振来检测原子的自旋状态。研究人员发现，通过使原子非常接近(接近一毫米的一百万倍)，他们可以保护这两个磁耦合原子的叠加态比单个原子长20倍。“就像指骨一样，这两个原子可以保护彼此免受外部影响，比它们自己更好。”这项研究的第一作者，QN大学的研究人员Yujeong Bae博士说。"

“这是一个重要的发展，表明我们如何设计和感知原子的状态。这使我们能够探索将它们作为量子比特用于未来量子信息处理的可能性。”QNS主任安德里亚斯海因里希教授补充道。在未来的实验中，研究人员计划构建更复杂的结构，以探索和改善单个原子和纳米结构的量子特性。