Вперше визначено геометрію електрону

Фізики в Базельському університеті вперше показали, як виглядає один електрон у штучному атомі. Нещодавно розроблений метод дозволяє їм показати ймовірність присутності електрона в просторі. Це дозволяє поліпшити контроль електронних спинів, які могли б служити найменшою інформаційною одиницею в майбутньому квантовому комп'ютері.

Спін електрону є багатообіцяючим кандидатом для використання як найменшої інформаційної одиниці (кубіту) квантового комп'ютера. Керування і перемикання цього обертання або зв'язування його з іншими обертаннями є проблемою, над якою працюють численні дослідницькі групи по всьому світу. Стабільність одного спина і заплутування різних спинів залежить, серед іншого, від геометрії електронів, що раніше було неможливо визначити експериментально.

Вчені в командах, очолюваних професорами Домініком Цумбюлем і Даніелем Лоссом з фізичного факультету і Швейцарського інституту нанонауки в Університеті Базеля, в даний час розробили метод, за допомогою якого вони можуть просторово визначати геометрію електронів в квантових точках.

Квантова точка - це потенційна пастка, яка дозволяє утримувати вільні електрони в області, яка приблизно в 1000 разів більше природного атома. Оскільки захоплені електрони поводяться подібно до електрон, пов'язаних з атомом, квантові точки також відомі як «штучні атоми».

Електрон утримується в квантовій точці електричними полями. Тим не менш, він рухається в просторі і з різними ймовірностями, що відповідають хвильовій функції, залишається в певних місцях в його межах.

Вчені використовують спектроскопічні вимірювання, щоб визначити рівні енергії в квантовій точці і вивчити поведінку цих рівнів в магнітних полях різної сили і орієнтації. Ґрунтуючись на їхній теоретичній моделі, можна визначити щільність ймовірності електрону і, отже, його хвильову функцію з точністю до субнанометрової шкали.

Дослідники, які працюють у тісній співпраці з колегами з Японії, Словаччини і США, таким чином, краще розуміють кореляцію між геометрією електронів і спином електрону, яка повинна бути стабільною якомога довше і швидко перемикатися для використання в якості кубіта.

"Ми можемо не тільки відобразити форму і орієнтацію електрону, а й контролювати хвильову функцію відповідно до конфігурації докладених електричних полів. Це дає нам можливість оптимізувати управління спинами дуже цілеспрямованим чином ", кажуть дослідники.

Просторова орієнтація електронів також відіграє роль у заплутуванні декількох спинів. Подібно до зв'язування двох атомів з молекулою, хвильові функції двох електронів повинні лежати в одній площині для успішного заплутування.

За допомогою розробленого методу багато більш ранніх досліджень можуть бути краще зрозумілі, і продуктивність спинових кубітів може бути додатково оптимізована в майбутньому.