第一次確定的電子幾何

量子計算概念（股票圖像）。

圖片來源：?metamorworks / Adobe Stock

巴塞爾大學的物理學家能夠首次展示單個電子在人造原子中的外觀。新開發的方法使它們能夠顯示電子存在於空間中的概率。這允許改進對電子自旋的控制，其可以作為未來量子計算機中的最小信息單元。實驗發表在Physical Review Letters和Physical Review B中的相關理論中。

電子的自旋是用作量子計算機的最小信息單元（量子比特）的有希望的候選者。控制和切換這種旋轉或將其與其他旋轉耦合是全世界許多研究小組正在努力的挑戰。單個自旋的穩定性和各種自旋的糾纏除其他外依賴於電子的幾何形狀 - 這在以前是不可能通過實驗確定的。

只有在人造原子中才有可能

由巴塞爾大學物理系和瑞士納米科學研究所的教授DominikZumbühl和Daniel Loss領導的團隊中的科學家們現在已經開發出一種方法，通過這種方法，他們可以在空間上確定量子點中電子的幾何形狀。

量子點是一種潛在的陷阱，它允許將自由電子限制在比自然原子大約1000倍的區域內。由於被捕獲的電子的行為類似於與原子結合的電子，量子點也被稱為「人造原子」。

電子通過電場保持在量子點中。然而，它在空間內移動，並且具有對應于波函數的不同概率，保持在其限制內的某些位置。

電荷分布很輕鬆

科學家利用光譜測量來確定量子點中的能級，並研究這些能級在不同強度和方向的磁場中的行為。基於它們的理論模型，可以在亞納米尺度上精確地確定電子的概率密度，從而確定其波函數。

「簡而言之，我們可以使用這種方法來首次顯示電子的樣子，」Loss說。

更好地理解和優化

研究人員與日本，斯洛伐克和美國的同事密切合作，因此可以更好地理解電子幾何與電子自旋之間的相關性，電子自旋應該儘可能長時間穩定並且可以快速切換用作量子比特。

「我們不僅可以繪製電子的形狀和方向，還可以根據所施加電場的配置控制波函數。這使我們有機會以非常有針對性的方式優化旋轉控制，」 Zumbühl說。

電子的空間取向也在幾個自旋的糾纏中起作用。類似於兩個原子與分子的結合，兩個電子的波函數必須位於一個平面上以成功糾纏。

藉助於所開發的方法，可以更好地理解許多早期研究，並且可以在將來進一步優化自旋量子位的性能。

（來源：巴塞爾大學）

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