电子是一种亚原子粒子，它帮助构成了我们体内的原子以及现在流经你手机或计算机的电流。电子具有一些如质量和电荷的性质，任何上过高中物理课的人都会熟悉这些性质。但电子还有一个更抽象的被称为“自旋”的特性，自旋描述了电子如何与磁场相互作用。

电子自旋对于被称为“自旋电子学”的研究领域是特别重要的，该领域旨在开发在存储和信息处理中利用了自旋特性的量子电子设备。自旋也是自旋量子比特的核心，量子比特是量子计算机的基本信息单位。

在这些量子器件中使用自旋的问题在于量子态是很容易被破坏的。如果要在设备中使用，电子自旋需要尽可能长时间地保持其量子态，以避免信息丢失。这被称为自旋相干性，它是非常微妙的，即使是构成该设备的原子的微小振动也会不可逆地消除自旋状态。

在《物理评论快报》杂志上发表的一篇新论文中，加州理工学院应用物理学、物理学和材料科学教授Marco Bernardi和应用物理学和材料科学博士后学者、研究助理Jinsoo Park开发了一种新的理论和数值计算，它可以高精度地预测材料中的自旋退相干。

Bernardi教授解释说：“现有的自旋弛豫和退相干理论侧重于简单模型和定性理解。经过多年的系统努力，我的团队开发了计算工具来定量研究电子如何在材料中相互作用和移动。”

“这篇新论文使我们的工作更进一步：我们采用了电子输运理论来研究自旋，并发现这种方法可以捕捉到控制材料自旋退相干的两种主要机制——原子振动下的自旋散射和自旋进动。这种统一的处理方式使我们能够研究电子自旋在未来量子技术所必需的各种材料和设备中的行为。”

他接着说道：“令人吃惊的是，在某些情况下，我们可以以测量值的百分之几(低至十亿分之一秒)的精度预测自旋退相干时间，并获得了超出实验范围的自旋运动的微观细节。具有讽刺意味的是，我们的研究工具——计算机和量子力学——现在可以用来开发利用了量子力学的新计算机。”（编译:Qtech）