Desde que era un estudiante de posgrado, El ingeniero de sistemas de la Universidad de Washington en St. Louis, Jr-Shin Li, ha proporcionado información matemática específica a experimentadores y médicos que la necesitan para realizar aplicaciones de resonancia magnética de alta resolución. como resonancias magnéticas corporales para diagnóstico médico o espectroscopia para descubrir estructuras de proteínas. Ahora, después de más de una década de trabajo, ha desarrollado una fórmula que los investigadores pueden utilizar para generar esa información ellos mismos.

Li, el Profesor Asociado Distinguido de Das Family Career Development en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, y sus colaboradores han derivado una fórmula matemática para diseñar secuencias de pulsos de banda ancha para excitar una población de espines nucleares en una amplia banda de frecuencias. Tal excitación de banda ancha conduce a una señal o sensibilidad mejoradas en diversos experimentos cuánticos en campos que van desde la espectroscopia de proteínas hasta la óptica cuántica.

La investigación, el primero en descubrir que el diseño del pulso se puede hacer analíticamente, fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza 5 de septiembre.

"Este problema de diseño se resuelve tradicionalmente mediante optimización puramente numérica, "Dijo Li." Debido a que uno tiene que diseñar una entrada común:un campo magnético para excitar a muchos, muchas partículas:el problema es un desafío. En muchos casos en optimización numérica, los algoritmos no logran converger o toman una enorme cantidad de tiempo para obtener una solución factible ".

Durante más de una década, Li ha buscado una mejor manera de diseñar pulsos utilizando la similitud entre espines y resortes mediante la aplicación de experimentos numéricos. El giro es una forma de momento angular transportado por partículas elementales. Los sistemas de centrifugado no son lineales y son difíciles de trabajar. Li dijo:mientras que los sistemas de muelles, o osciladores armónicos, son lineales y más fáciles de trabajar. Mientras era estudiante de doctorado en la Universidad de Harvard, Li encontró una solución al proyectar el sistema de giro no lineal en el sistema de resorte lineal, pero no pudo demostrarlo matemáticamente hasta hace poco.

"Tenemos pruebas muy rigurosas de que dicha proyección de no lineal a lineal es válida, y también hemos realizado muchas simulaciones numéricas para demostrar el descubrimiento, "Li dijo." Mi colaborador, Steffan Glaser (de la Technische Universität Munich), ha estado en este campo de la espectroscopia de RMN durante más de 20 años, y confía en que si los pulsos cuánticos funcionan bien en simulaciones por computadora, pueden realizar lo mismo en sistemas experimentales ".

El equipo planea realizar varios experimentos en resonancia magnética para verificar la invención analítica.

El trabajo teórico abre nuevas vías para el diseño de secuencias de pulsos en el control cuántico. Li planea crear un sitio web donde los colaboradores puedan ingresar los valores de sus parámetros para generar la fórmula de pulso que necesitarán en sus experimentos cuánticos.