在一些方面，可以使用基于腔的技術(shù)來(lái)提高自旋系綜的極化。將腔與自旋系綜進(jìn)行耦合，并且驅(qū)動(dòng)場(chǎng)生成腔和自旋系綜之間的相互作用。在一些情況下，該相互作用比影響自旋系綜的熱(T₁)弛豫過(guò)程或任何其它熱極化過(guò)程更快地提高自旋系綜的極化。在一些情況下，通過(guò)反復(fù)進(jìn)行以下步驟來(lái)提高極化：作用在自旋系綜的角動(dòng)量子空間上，并且(例如通過(guò)偶極相互作用、橫向(T₂)弛豫過(guò)程、施加梯度場(chǎng)或這些和其它處理的組合來(lái))對(duì)角動(dòng)量子空間進(jìn)行混合。

優(yōu)先權(quán)要求

本申請(qǐng)要求2013年5月3日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/819,103的優(yōu)先權(quán)， 其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用包含于此。

背景技術(shù)

本發(fā)明涉及使用腔來(lái)提高磁共振應(yīng)用中的自旋極化(spin polarization)。

在磁共振系統(tǒng)中，信噪比(SNR)一般依賴于自旋極化和與環(huán)境達(dá)到熱平 衡所需的時(shí)間。達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間(以能量弛豫時(shí)間(energy relaxation time)T₁為特征)通常例如在低溫下變長(zhǎng)。用于從量子系統(tǒng)去除熵(entropy)的 傳統(tǒng)技術(shù)包括動(dòng)態(tài)核極化(dynamic nuclear polarization，DNP)、算法冷卻 (algorithmic cooling)、光泵浦(optical pumping)、激光冷卻和微波冷卻等等。

已經(jīng)使用了各種方式來(lái)提高磁共振應(yīng)用中的信噪比(SNR)。例如，通常 使用經(jīng)過(guò)多次獲取的信號(hào)平均來(lái)提高SNR。另一方式例如是通過(guò)將多個(gè)感應(yīng) 線圈重疊并且使用相控陣列技術(shù)來(lái)提高感應(yīng)探測(cè)器的靈敏度。在一些系統(tǒng)中， 將感應(yīng)探測(cè)器嵌入在冷凍劑中來(lái)降低感應(yīng)探測(cè)器內(nèi)的固有噪聲。

發(fā)明內(nèi)容

在一些方面，將腔與自旋系綜進(jìn)行耦合，并且共振器生成用以在腔和自 旋系綜之間產(chǎn)生相互作用的驅(qū)動(dòng)場(chǎng)。在一些情況下，該相互作用比影響自旋 系綜的熱(T₁)弛豫過(guò)程或任何其它熱極化過(guò)程更快地提高自旋系綜的極化。

在一些實(shí)現(xiàn)中，腔相對(duì)于自旋系綜的自旋共振頻率失諧，并且與驅(qū)動(dòng)場(chǎng) 相關(guān)聯(lián)的拉比頻率(Rabi frequency)與腔失諧相匹配。在一些情況下，通過(guò)反 復(fù)進(jìn)行例如以下處理來(lái)提高自旋系綜的極化：獨(dú)立地作用在自旋系綜的各個(gè) 角動(dòng)量子空間上的基于腔的冷卻；以及對(duì)角動(dòng)量子空間進(jìn)行混合的混合處理。

在一些實(shí)現(xiàn)中，基于腔的冷卻可以根據(jù)需要使用并且比熱極化提供得更 快。在一些情況下，提高自旋系綜的極化可以得到改善的SNR或其它優(yōu)勢(shì)。

將在以下附圖和說(shuō)明書中說(shuō)明一個(gè)或多個(gè)實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。根據(jù)說(shuō)明書和附 圖、以及根據(jù)權(quán)利要求書，其它特征、目的和優(yōu)勢(shì)將是明顯的。

附圖說(shuō)明

圖1A是示例磁共振系統(tǒng)的示意圖。

圖1B是示例控制系統(tǒng)的示意圖。

圖1C是用于提高自旋系綜的極化的示例技術(shù)的流程圖。

圖2是示出示例磁共振系統(tǒng)中的自旋共振頻率、腔共振頻率和拉比頻率 的圖。

圖3示出針對(duì)耦合至兩級(jí)腔的自旋的兩個(gè)示例能級(jí)圖。

圖4是示出針對(duì)示例腔冷卻自旋系綜的狄克(Dicke)子空間的歸一化期望 值-J_x(t)/J的模擬演變的圖。

圖5是耦合至兩級(jí)腔的示例自旋系統(tǒng)的能級(jí)圖。

圖6是示例3-自旋希爾伯特(Hilbert)空間的圖。

圖7是示出針對(duì)示例自旋系綜所計(jì)算出的有效冷卻時(shí)間的圖。

圖8A是示出示例的基于腔的冷卻過(guò)程中的熵流的示意圖。