【量子客导读】

科学家首次创建了成对的量子点,成功将其成像并进行了观测。该成果可能提供一种存储量子信息的新方法,开启一个新航向,即量子点量子计算机。

新航向,量子点量子计算机或诞生-量子客

美国国家标准技术研究院(NIST)的研究人员及其同事首次创建并成像了一对新的量子点(Quantum Dots),即一对微小的约束电荷岛,其作用类似于相互作用的人造原子。

目前的量子物理学模型还无法完全解释岛中的电荷模式。这样的“耦合”量子点可以用作量子计算机的基本信息单元——量子比特。

电子绕单个量子点的中心运行,就像它们围绕原子运动一样。

带电粒子只能占据特定的允许能级。在每个能级上,电子都可以占据点中一系列可能的位置,从而追踪出一个轨道,该轨道的形状由量子理论的规则确定。一对耦合的量子点可以在它们之间共享电子,从而形成量子位。

为了制造量子点,由NIST领导的团队(包括来自马里兰大学纳米中心和日本国立材料科学研究所的研究人员)通过使用扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,STM),将其尖端悬停在超冷石墨烯(Graphene)薄片上(单层碳原子以蜂窝状排列),然后短暂地提高了尖端的电压。

电压脉冲产生的电场穿过石墨烯进入氮化硼的下层,在该层中,原子杂质中的电子被剥离,形成电荷堆积,堆积使石墨烯中原本自由浮动的电子受到束缚,从而使之被限制在一个很小的能量阱中。

但是,当研究小组施加4至8特斯拉( Tesla)的磁场(约为小条形磁铁强度的400至800倍)时,它极大地改变了电子可能占据的轨道的形状和分布。

现在,电子不再是单个阱,而是驻留在原始阱中由小空壳隔开的两组同心、紧密间隔的环中。现在,电子的两组环的行为就好像它们是弱耦合的量子点一样。

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NIST的合著者Daniel Walkup指出,这是研究人员首次如此深入地研究耦合量子点系统的内部,以原子分辨率成像电子分布。

为了获得系统的高分辨率图像和光谱,研究团队利用了量子点的大小与轨道电子所占据的能级间距之间的特殊关系:量子点越小,间距越大,越容易区分相邻的能级。

包括Walkup、Fereshte Ghahari、NIST的ChristopherGutiérrez和Joseph Stroscio和马里兰州NanoCenter在内的团队在《物理评论B》中描述了其成果。

Walkup表示,两个耦合点之间共享电子的方式不能用公认的量子点物理模型来解释。Stroscio指出, 如果耦合量子点最终用作量子计算中的量子位,那么这个成果的发现可能对量子计算领域非常的重要。

论文链接:DOI:10.1103 / PhysRevB.101.035428

 

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作者 Carony Ding            编辑 Sakura