巴塞尔大学的物理学家能够首次展示单个电子在人造原子中的外观。新开发的方法使它们能够显示电子存在于空间中的概率。这允许改进对电子自旋的控制，其可以作为未来量子计算机中的最小信息单元。实验发表在Physical Review Letters和Physical Review B中的相关理论中。
电子的自旋是用作量子计算机的最小信息单元(量子比特)的有希望的候选者。控制和切换这种旋转或将其与其他旋转耦合是全世界许多研究小组正在努力的挑战。单个自旋的稳定性和各种自旋的纠缠除其他外依赖于电子的几何形状 - 这在以前是不可能通过实验确定的。
只有在人造原子中才有可能
由巴塞尔大学物理系和瑞士纳米科学研究所的教授DominikZumbühl和Daniel Loss领导的团队中的科学家们现在已经开发出一种方法，通过这种方法，他们可以在空间上确定量子点中电子的几何形状。
量子点是一种潜在的陷阱，它允许将自由电子限制在比自然原子大约1000倍的区域内。由于被捕获的电子的行为类似于与原子结合的电子，量子点也被称为“人造原子”。
电子通过电场保持在量子点中。然而，它在空间内移动，并且具有对应于波函数的不同概率，保持在其限制内的某些位置。
电荷分布很轻松
科学家利用光谱测量来确定量子点中的能级，并研究这些能级在不同强度和方向的磁场中的行为。基于它们的理论模型，可以在亚纳米尺度上精确地确定电子的概率密度，从而确定其波函数。
“简而言之，我们可以使用这种方法来首次显示电子的样子，”Loss说。
更好地理解和优化
研究人员与日本，斯洛伐克和美国的同事密切合作，因此可以更好地理解电子几何与电子自旋之间的相关性，电子自旋应该尽可能长时间稳定并且可以快速切换用作量子比特。
“我们不仅可以绘制电子的形状和方向，还可以根据所施加电场的配置控制波函数。这使我们有机会以非常有针对性的方式优化旋转控制，” Zumbühl说。
电子的空间取向也在几个自旋的纠缠中起作用。类似于两个原子与分子的结合，两个电子的波函数必须位于一个平面上以成功纠缠。
借助于所开发的方法，可以更好地理解许多早期研究，并且可以在将来进一步优化自旋量子位的性能。