新视角 网络科技 成对电子间自旋相关性首次获证

成对电子间自旋相关性首次获证


电子仅成对离开(常规)超导体 (S),并且自旋相反(箭头向上或向下,红色或蓝色)。如果两个电子路径都被平行自旋过滤器(这里是自旋向下,蓝色标示)阻塞,则单个自旋向上(红色)的电子原则上可以退出,但来自超导体的成对电子被阻挡,这理想地抑制两种电流。图片来源:巴塞尔大学物理系,Scixel

科技日报实习记者 张佳欣

据最新一期《自然》杂志报道,瑞士巴塞尔大学团队首次通过实验证明,来自超导体的纠缠电子对的两个自旋之间存在负相关性,其被认为是进一步开展量子力学现象实验研究的重要一步,也是量子计算机的关键组件。

两个粒子之间的纠缠是量子物理中难以与日常经验相协调的现象之一。如果纠缠在一起,即使相隔很远,这两个粒子的某些性质也是紧密相连的,爱因斯坦将量子纠缠描述为“幽灵般超距作用”。

两个电子在它们的自旋中也可以纠缠在一起。在超导体中,电子形成所谓的库珀对,负责产生无损电流,其中各个自旋相互纠缠。

几年来,瑞士纳米科学研究所和巴塞尔大学的研究人员已经能够从超导体中提取电子对,并在空间上将两个电子分开。这是通过两个量子点—平行连接的纳米电子结构实现的,每个量子点只允许单电子通过。

此次实验中,研究人员利用了由纳米磁铁和量子点制成的自旋滤光器。使用微小的磁铁,他们在分离库珀对电子的两个量子点中的每个量子点中产生了单独可调的磁场。由于自旋还决定了电子的磁矩,因此一次只允许通过一种特定类型的自旋。

他们能够调整这两个量子点,使主要具有特定自旋的电子通过它们。例如,一个自旋向上的电子穿过一个量子点,而一个自旋向下的电子穿过另一个量子点,反之亦然。如果将两个量子点设置为只通过相同的自旋,则两个量子点中的电流都会减少,即使单个电子很可能通过单个量子点也是如此。

使用这种方法,研究人员第一次能够检测到超导体中电子自旋之间的负相关性。但这还不是纠缠电子自旋的确凿证据,因为还不能任意设置自旋过滤器的方向。

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