利用热量的电子量子纠缠

电子与热的纠缠

样品的假彩色电子显微镜图像,绿色的层是灰色超导体上的石墨烯。蓝色金属电极用于提取纠缠电子。信贷:阿尔托大学

量子纠缠是下一代计算和通信技术的关键,阿尔托的研究人员现在可以利用温差来制造量子纠缠。

一个由芬兰、俄罗斯、中国和美国的科学家组成的联合小组已经证明,温差可以用来缠绕超导结构中的电子对。实验发现,发表在自然通讯它承诺在量子设备上有强大的应用,让我们离第二次量子革命的应用又近了一步。

由阿尔托大学教授Pertti Hakonen领导的研究小组已经证明,热电效应提供了一种在新设备中产生纠缠电子的新方法。量子纠缠是新型量子技术的基石。然而,这个概念多年来一直困扰着许多物理学家,包括阿尔伯特·爱因斯坦,他非常担心它引起的幽灵般的远距离相互作用,”哈科宁教授说。

量子计算在美国,量子纠缠被用来将单个量子系统融合成一个系统,从而成倍地增加它们的总计算能力。莫斯科物理与技术研究所的Gordey Lesovik教授曾多次担任阿尔托大学理学院的访问教授,他解释说:“纠缠也可以用于量子密码学,使长距离的信息安全交换成为可能。”考虑到纠缠对量子技术的重要意义,能够轻松、可控地产生纠缠是研究人员的一个重要目标。

研究人员设计了一种装置,其中有一层超导体石墨烯和金属电极。超导性是由被称为“库珀对”的纠缠电子对引起的。阿尔托大学的博士生尼基塔·基尔萨诺夫解释说:“利用温差,我们使它们分裂,然后每个电子移动到不同的普通金属电极上。”“尽管分离了相当长的距离,但产生的电子仍然纠缠在一起。”

除了实际意义之外,这项工作具有重要的根本意义。实验表明,在超导结构中,铜对分裂过程是将温差转化为相关电信号的一种机制。所开发的实验方案也可作为原始量子热力学实验的平台。

参考文献:“石墨烯库珀分路器中的热电电流”,作者:Z. B. Tan, a . Laitinen, N. S. Kirsanov, a . Galda, V. M. Vinokur, M. Haque, a . Savin, D. S. Golubev, G. B. Lesovik和P. J. Hakonen, 2021年1月8日,自然通讯
DOI: 10.1038 / s41467 - 020 - 20476 - 7

这项工作使用OtaNano研究基础设施进行。OtaNano为芬兰的纳米科学技术和量子技术研究提供最先进的工作环境和设备。OtaNano由阿尔托大学和VTT运营,面向国际学术和商业用户。欲了解更多信息,请访问他们的网站。这项工作得到了QTF(芬兰学院CoE)的资助。戈迪·莱索维克的访问教授经费来自阿尔托大学理学院,谭振兵的博士后经费来自芬兰科学院。

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