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研究人员发现氦原子电子可被用于电子量子态的检测

作者: Jansfer

时间: 2019-09-19 13:57

冲绳县科学技术研究院研究生院(OIST)量子动力学单元的研究人员设计了一种名为图像电荷检测的新方法来检测电子向量子态的跃迁。电子可以充当量子信息的最小单位量子比特,这些位元是大型计算系统的基础。量子计算机可用于了解超导机理、密码学、人工智能等应用。

量子计算是一种可以利用小粒子的神秘特性来处理复杂信息的方式。但是现阶段人们对量子系统的研究还是处于初级探索阶段,量子计算还没有发展成熟。

冲绳县科学技术研究院研究生院(OIST)量子动力学单元的研究人员设计了一种名为图像电荷检测的新方法来检测电子向量子态的跃迁。电子可以充当量子信息的最小单位量子比特,这些位元是大型计算系统的基础。量子计算机可用于了解超导机理、密码学、人工智能等应用。

这项新研究的主要作者Erika Kawakami表示,控制少量量子比特和建造量子计算机之间存在巨大的差距。就目前最先进的量子比特来说,能够支持其计算的量子计算机需要有足球场那么大。而研究人员提出的新方法可能制备出一个面积仅为10平方厘米的芯片。

这项研究主要利用了极具开发潜力的氦原子电子。电子需要被固定以用作量子位,否则他们会自由行动。为了建立一个电子捕获系统,研究人员使用在低温下会液化的液氦作为底物。由于氦没有杂质,这些电子比任何其他材料都能保持更长的量子态,这对实现量子计算是至关重要的前提。

Denis Konstantinov教授和他的合作者Kawakami 及Asem Elarabi博士在一个冷却到0.2开氏度(-272.8摄氏度)、充满冷凝液氦的铜电池里放置了一个平行板电容器。钨丝产生的电子会位于液氦表面的两个电容板之间。然后,微波会辐射进入铜电池,使之激发电子的量子态,导致电子离开底部电容板并向顶部电容板迁移。

研究人员通过观察一种叫做象电荷的静电现象,证实了量子态的激发。象镜子里的反射一样,镜像电荷精确地反映了电子的运动。如果一个电子离电容板更远,那么图像电荷就会沿着它移动。研究人员的下一步计划是希望利用这种图像电荷检测来测量单个电子的自旋状态或量子轨道状态,同时不破坏量子系统的完整性。

Konstantinov表示到,目前研究人员可以通过这种方法探测到许多电子的量子态。这种新方法可以将这种技术缩小到单个电子,并将其用作量子比特。

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