在实验室中，对原子磁心在量子态之间来回跳动的脉冲进行了计时。
物理学家使用扫描隧道显微镜观察电子，因为它们与钛 – 49原子的原子核同步移动，这使他们能够单独估计原子核磁跳动的持续时间。
他们在论文中写道：“这些发现从原子尺度洞察了核自旋弛豫的本质，与原子组装量子比特平台的发展相关。”
自旋是物理学家用于描述角动量量子版本的术语。它不仅是磁体行为的基础，还常常作为量子计算中信息“比特”（称为量子比特）的基础。
在量子风暴中嗡嗡作响的众多亚原子粒子促成了原子核的整体自旋，不过集体自旋在采用一种配置时的翻转很容易受到原子周围环境的影响。在环境干扰之前了解这种集体自旋态的特征，可能会为工程师提供一种新型的量子比特。
观察原子核的自旋态而不影响它是一个真正的难题。因此，由荷兰代尔夫特理工大学的物理学家埃弗特·斯托尔特和李晋元领导的一个团队认为，他们或许可以利用原子中电子的行为作为替代。
几年前，研究人员确定他们可以利用电子与其原子核之间所谓的超精细相互作用作为指导，而无需直接干扰其磁运动。
代尔夫特理工大学的物理学家桑德·奥特解释说：“几年前已经展示了这个总体思路，利用了电子和核自旋之间所谓的超精细相互作用。然而，这些早期测量速度太慢，无法捕捉核自旋随时间的运动。”
为了弥补这一点，研究人员开发了一种脉冲测量方案，即扫描隧道显微镜以短脉冲并在其间有间隔的方式测量具有已知核自旋的原子，而不是进行连续测量。
他们选择了一种稳定的、天然存在的钛同位素钛 – 49进行实验。这种同位素是核物理研究的热门选择，因为其原子核具有有趣的磁反应特性和强大的自旋，科学家可以对其进行操纵以了解原子核的行为。
在他们的脉冲机制下，斯托尔特和李在电脑屏幕显示的读数中实时观察到了原子的切换。他们确定每次切换之间的时间间隔约为五秒，这一测量速度比原子核振荡的速度更快。
斯托尔特说：“我们能够表明这种切换对应于核自旋从一种量子态翻转到另一种量子态，然后再翻转回来。任何新实验前沿的第一步都是能够测量它，而这正是我们在原子尺度上对核自旋所做的。”
该研究已发表在《自然·通讯》上。