原子内发生的事情通常因速度太快而无法捕捉。现在IBM 阿尔马登研究中心（Almaden Research Center）的研究人员开发了一种技术，使得他们能以一种史无前例的方法看到原子的活动。

　　研究人员用该技术翻转原子的自旋方向，这是一个基本的量子特性，然后测量原子在回到自然的自旋状态前，“记住”这个状态的时间有多长。这是研发一种原子尺度的计算机存储的第一步，材料科学家也可以用这种技术，进行基础研究，以制造更高效的有机太阳能材料的。

　　影响并测量原子的自旋态是制造量子比特，或者叫昆比特（qubit）的一种方法，在量子计算机中，它能同时作为1和0。对原子的旋转进行静态测量是可能的，但是到目前为止还无法观察原子自旋随时间变化的情况。

　　在IBM的加州圣何塞实验室，由唐·艾格勒（Don Eigler）和安德烈·海因里希（Andreas Heinrich）领导的研究小组能观察到原子的自旋翻转，或者叫“放松”（relax），随时间变化的情况，他们使用一个改进的扫描式隧道显微镜，也叫STM——这是IBM的研究人员在1981年发明的设备。他们能每5纳秒捕捉一次原子状态的图像——比原先快了一百万倍。

　　IBM的研究人员发现，单个的铁原子能以旋转的形式储存1纳秒的磁信息。然而，当铁原子靠近铜原子时，它的量子存储可以延长，因此大约需要200纳秒的时间进行放松。结果发表在上周的《科学》（Science）杂志上。

　　“200纳秒后信息开始衰退，但这是很长一段时间，”研究组的成员塞巴斯蒂安·洛思（Sebastian Loth）说。“现在的处理器能在这段时间里做几百个周期的计算。”

　　当STM的末端与表面十分接近时，电流就能在表面的原子和仪器末端之间流过。从表面移开，显微镜就能产生它的图像。通过分析电流，就可能得知原子的磁状态，包括它的旋转。

　　为了提高STM的时间分辨率，研究人员对末端进行了改进，使它不仅能测试电流，而且能提供电流。他们为一个原子提供电流，然后在一段固定的时间后测试它的状态。在每一个这样的时间段里，他们会进行10万次测试。他们改变脉冲和测量之间的时间，一次又一次地重复这个过程。测量所得的图像在视频中组合成帧。把这些帧放在一起，研究人员就创造出原子自旋态的移动影像，来自每五纳秒左右采集的帧。

　　洛思表示，IBM的研究人员希望把快速的STM技术应用到两个研究的基础领域。第一，他们会继续用它确定不同的原子组合是否能更长时间的储存量子信息。第二，用光子流代替电子流作为脉冲信号，洛思说，研究人员希望能更好地理解一些有机分子是如何将光转化为电能的。这样能造出更好的太阳能电池。

　　IBM的原子自旋翻转和测量系统有可能成为未来量子计算机的一部分，哈佛大学的化学和化学生物教授阿兰·阿斯普鲁-古奇克（Alán Aspuru-Guzik）说。改变并测量原子的自旋，以及预测原子将怎样活动是实现这个目标的重要一步，他说。目前制造出来的设备，他表示，与其说是计算机，倒不如说是“量子玩具”。但是这个领域正在稳步前进，他说。“每周都有人证实，对昆比特的操纵更进步了一些。”