自旋是世界所有物質普遍存在的現象。

在量子力學中，自旋是粒子所具有的內在性質，粒子在旋轉時具有角動量，旋轉而產生一個磁場。

基本粒子自旋與角動量的概念是在1925年所提出的。當時的科學家在處理電子的磁場理論時，把電子想象為一個帶電的球體，粒子自轉了變產生了磁場。

在量子力學中，人們證明基本粒子是不可分割的點粒子，粒子的自旋和巨集觀物質的自轉並不是同一種性質，自旋是粒子本身就有的內在性質，並且其量值是量子化的，無法被改變。

從星系到單個分子的所有事物都以無數的時間尺度旋轉，並對每個系統的物理過程產生根本影響。量子系統也受到物理旋轉的影響。就是說，巨集觀物質旋轉時，裡面的粒子的自旋性質也會跟著受影響。但是在大多數情況下，由於以可與系統相干時間相當的速率可控地旋轉可定址量子系統做起來很困難，所以人們很難觀察內部粒子的自旋會發生什麼樣的改變。

而最新的研究報告顯示，科學家首次測量了晶體快速旋轉時晶體中單個量子自旋的影響。墨爾本大學的亞歷山大·伍德用20萬轉/分的轉速旋轉了鑽石，並使用鐳射和微波測量了鑽石對旋轉的影響。未來還可以進一步開發技術以測量奈米級的旋轉。

為什麼選擇鑽石來做實驗？

鑽石含有固態自旋量子位，例如鑽石中的氮空位中心提供了實驗機會，顯示了巨集觀物質旋轉如何影響量子系統，它們的相干時間長達幾毫秒。由於鑽石的自然量化軸是由主體金剛石晶體的方向設定的，旋轉晶體會旋轉量子位，因此可以獨立檢查磁場等其它現象的影響。

在實驗中，研究者觀察到旋轉鑽石中的單個氮空位量子位與外部微波場之間的相移，這取決於氮空位的內在軸，微波場和旋轉軸之間的角度，這種旋轉感應的相位可以非線性累積，所以電子自旋的自旋迴波在測量中可以被檢測到。

將傾斜的氮量子位的物理旋轉產生的Berry相用作陀螺儀感測器，鑽石系統中Berry相的實現已限於固定系統。使用光學躍遷沿Bloch球上的閉合路徑驅動氮量子位自旋，其他部分則沿著旋轉框架中的電路變化的附加非共振微波驅動場，最後通過相移微波脈衝模擬旋轉，模擬微波場的旋轉。

由於微波場在氮量子位的物理旋轉框架中的有效旋轉，使得旋轉引起的相移可以非線性地累積。因此，能夠利用自旋迴波序列的去耦特性來延長干涉儀的時間，從而可以在嘈雜的環境中直接測量電子自旋的旋轉感應相移。

將一塊鑽石固定在旋轉圓柱體上，並沿著自旋的旋轉軸施加磁場。首先在鑽石上發射鐳射脈衝使氮量子位自旋進入較低能量狀態，這樣，鑽石會受到一系列微波脈衝的作用，這些脈衝使氮量子位自旋的方向旋轉。觀察氮量子位自旋發射的熒光來讀出其能量狀態，就能知曉鑽石中氮量子位自旋的變化了。

結果顯示，氮量子位自旋以較高能量狀態終止的可能性取決於鑽石的旋轉軸和所施加微波訊號的極化之間的角度，電子自旋相移是由於物理旋轉引起的。

簡單的物理旋轉可以對微觀世界產生很多複雜的物理效果。未來可以考慮在不同系統中以更快的時間尺度進行旋轉量子測量，例如奈米金剛石，這對於實現靈敏的扭矩檢測器和探測基本量子力學具有有趣的前景。

總的來講，宇宙世界是個充滿自旋的世界，大到巨集觀物質的自轉，小到基本粒子的自旋。而巨集觀物質的自轉不同於粒子的自旋，自旋是粒子與生俱來的性質。但是巨集觀物質的旋轉對其內部粒子的自旋有無影響？研究者旋轉鑽石發現鑽石中的氮量子位自旋受到了影響，於是證明了巨集觀物質的旋轉會影響內部粒子的自旋。