一组来自中国、美国、芬兰和俄罗斯的科学家们已经证明,温差可以用来使正常导体中与超导结构接触的电子对,纠缠在一起。

该实验发现以“Thermoelectric current in a graphene Cooper pair splitter”为题发表在《自然通讯》杂志上[2],有望为量子装置带来强大的应用,使人类离第二次量子革命又近了一步。

石墨烯的加入,新量子装置使人类离第二次量子革命真正又近一步-量子客
图1|论文(来源:Nature Communications)

由芬兰阿尔托大学Pertti Hakonen教授领导的研究小组表明,热电效应提供了一种在新装置中产生纠缠电子的新方法。

 

1. "可怕的"超距相互作用

Hakonen教授表示,量子纠缠是新型量子技术的基石。然而,这一概念多年以来一直困扰着许多的物理学家,包括爱因斯坦,他非常担心这种可怕的超距相互作用。爱因斯坦把对纠缠的质疑形容为“鬼魅般的超距作用” (spooky action at a distance),可见对这一特殊行为的“惊讶”程度。

量子计算中,纠缠将独立的量子系统融合为一个整体,从而成倍地增加了总体计算能力。莫斯科物理技术学院(MIPT)的Gordey Lesovik教授解释说,纠缠也可以用于量子密码学,实现远距离安全交换信息。

以上,考虑到纠缠对于量子技术的重要性,研究人员的首要目标是能够轻松可控地制造纠缠

 

2. 用热力缠绕电子

为此,研究人员设计了一种将超导体分层的石墨烯和金属电极的装置。芬兰阿尔托大学的科研人员解释道,超导性是由“库珀对”的纠缠电子对引起的,利用温差,研究人员使它们分裂,随着每个电子被移动到不同的普通金属电极上,但即使电子之间相隔甚远,它们仍然纠缠在一起。

除了实际影响外,这项工作具有重要的根本意义。实验表明,“库珀对”分裂过程是超导结构中,将温差转化为相关电信号的机制,所开发的实验方案也可能成为原始量子热力学实验的平台。

 

3. “觉醒”中的芬兰

实验使用芬兰阿尔托大学的基础研究设施OtaNano[3]进行,OtaNano为芬兰的纳米科学技术和量子技术的研究,提供了最为先进的工作环境与设备。

OtaNano由芬兰阿尔托大学和VTT(芬兰国家技术研究中心)共同运营,面向国际学术研究和商业用户,此次的研究还得到了芬兰科学院量子技术卓越中心(QTF)的资助。

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图2|芬兰阿尔托大学(来源:InnoEnergy)

芬兰作为一个资源匮乏、人口稀少的小国,在科技创新能力上的实力却不容小觑。

2020年一月,芬兰阿尔托大学和瑞典隆德大学的研究人员们,就建造出了一种能够检测样品电子温度基本波动的纳米装置,可以检测到由于单个微波光子的发射而引起的能量变化,且检测过程不会受到任何干扰。

而这种细微温度变化的成功检测,代表着基础物理学的进步与发展。且这种“量子热量计”也可用于超导量子计算机中,量子系统的非侵入式测量。

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图3|细微温度变化的测量可以帮助监测超导量子计算机(来源:Physics World)

时隔不到一年,去年十一月初,芬兰量子计算初创公司IQM就宣布,其完成了3900万欧元(约合人民币3亿)的A轮融资,已筹集的资金总额为7100万欧元(约合人民币5.5亿)。其中,腾讯也参与了此次融资。

十一月下旬左右,芬兰VTT技术研究中心和IQM达成协议,建立创新合作伙伴关系,并开始建造芬兰的第一台量子计算机。

这次合作将汇集量子技术方面的顶尖专家,实现芬兰量子能力的飞跃,芬兰政府已为该项目提供了2070万欧元(约合人民币1.6亿)的资金。

可见,昔日巨头诺基亚的产国芬兰,对于科技的追求只增不减。

这是不是也意味着,诺基亚的没落使曾经自豪的芬兰人,逐渐意识到创新的重要性,激发起国民的量子技术意识了呢

加上全球的量子技术科技格局,暗流涌动,科技大潮,静观其变。

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图4|“觉醒”中的芬兰(来源:BusinessCulture)

 

 

参考链接:

[1]https://www.aalto.fi/en/news/entangling-electrons-with-heat

[2]https://www.nature.com/articles/s41467-020-20476-7

[3]https://www.aalto.fi/en/otanano

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:丁艳