科技日報記者 劉霞
英國國家物理實驗室研究團(tuán)隊開發(fā)出超高精度單電子探測技術(shù)，其時間分辨率達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的萬億分之一秒（皮秒級）。這項發(fā)表于最新一期《物理評論快報》的研究成果，為新一代量子設(shè)備的研發(fā)奠定了堅實基礎(chǔ)。
傳統(tǒng)電子電路存在大量電子，這些粒子之間的相互作用往往會導(dǎo)致效率損失。能否精確操控單個電子，以制造出單電子高速電路？最新電子檢測方法朝這一目標(biāo)邁進(jìn)了一步。
研究團(tuán)隊創(chuàng)新性地采用半導(dǎo)體砷化鎵薄片作為實驗平臺，通過精確注入和追蹤兩個電子的相互作用過程，實現(xiàn)了前所未有的單電子探測精度。
實驗過程中，研究團(tuán)隊將兩個電子分別注入材料的不同位置。當(dāng)這兩個帶電粒子高速接近時，它們之間的庫侖力導(dǎo)致其運動軌跡發(fā)生偏轉(zhuǎn)。通過實時監(jiān)測這種微妙變化，在電子相互作用發(fā)生后的6皮秒內(nèi)完成了電子探測，這一速度較現(xiàn)有技術(shù)提升約100倍。在這一時間尺度探測到電子，有助揭示兩個電子“一舉一動”的細(xì)節(jié)，為理解電子行為本質(zhì)并設(shè)計新型電子器件提供了重要工具。
單個電子本質(zhì)上是量子粒子，這項技術(shù)突破意味著科學(xué)家現(xiàn)在可以更深入地探索和利用電子的量子特性，為量子通信、量子計算等前沿領(lǐng)域帶來新的可能性。單電子設(shè)備可完成某些單光子量子設(shè)備的任務(wù)，這些設(shè)備有望實現(xiàn)芯片級集成，為量子計算小型化開辟新道路。此外，該技術(shù)還可用于電流標(biāo)準(zhǔn)的精確測定。
