2026年3月24日——一项典型的核磁共振（NMR）实验包括核自旋（通常为质子）的极化，随后施加射频脉冲以产生可检测的横向磁化。当自旋间相互作用（如固体中的偶极-偶极相互作用）参与时，不仅单个自旋会发生跃迁，自旋群组中也可能出现协同跃迁。这些多量子（MQ）跃迁在强磁场中是被禁阻的，因此该团队无法简单通过加倍射频（能量）来实现两个自旋的协同翻转。

取而代之的是，多量子跃迁需要通过特殊设计的脉冲序列间接激发，再转换回可观测的磁化信号。多量子相干性对脉冲相位的响应取决于跃迁的阶数（量子数），该团队利用这一特性在二维实验中解析多量子谱中不同阶数的跃迁。

多量子核磁共振谱在液晶几何结构研究中具有重要价值：通过高阶谱将难以分辨的跃迁减少至可处理的数量级；在有限自旋团簇中，通过最高阶跃迁确定自旋数量；在聚合物网络研究中，交联点附近受限的分子运动会产生其他原子级技术难以获取的清晰多量子信号。此外，多量子核磁相干性还可作为量子计算中相互作用量子比特的理论模型。

然而，多量子相干性的激发需要时间——在此过程中也会发生态衰减。该过程不同于常规横向核磁弛豫且研究较少。为此，该团队研究了仅包含两个自旋的最简系统（尽管该系统仍存在微弱的环境相互作用）。该理论基于描述开放量子系统动力学的Lindblad方程构建，环境作用通过使系统各自旋独立翻转的退相位Lindblad算子实现。

实验验证需要极为特殊的体系——良好隔离的自旋对集合体。尽管某些水合物晶体看似适用，但质子间距过近会导致偶极耦合过强，影响多量子实验效果。该团队最终在硼钠钙石晶体中找到了质子间距更大的体系。硼钠钙石中的质子构成良好隔离的平面锯齿链，通过调整磁场方向可形成“魔角”——该角度能消除链中奇数或偶数自旋对的偶极耦合，从而获得仅与远端自旋存在弱相互作用的隔离自旋对（如图所示）。这两种取向导致自旋对内部及与环境间的偶极耦合强度不同。多量子实验结果表明：随着激发时间增加，相干强度在0阶与2阶间振荡，其频率由自旋对内的偶极耦合决定；整体强度呈指数衰减。两种取向的差异不仅体现在时间尺度上——2MA取向的衰减尾部会失去振荡特征（尽管弛豫时间比1MA更长），且自旋对内部及与环境间的相互作用整体弱于1MA取向。振荡现象源于自旋对内部的相干动力学，而衰减特征则反映环境相互作用的强度。

虽然长时间制备仍可检测到显著的多量子信号，但自旋对的典型行为特征会更快消失。因此，要保持自旋系统中的相干演化，既需要系统内部存在强相互作用，也必须最小化其与环境间的耦合。