За движением электронов проследили с рекордной точностью

Схематически показанная схема опыта - электрон из насоса проходит через потенциальный барьерРисунок: M. Kataoka/NPL

Группа британских исследователей провела серию экспериментов с полупроводником, в котором перемещался единственный электрон. Подробности со ссылкой на статью физиков в журнале Physical Review Letters приводит Physics, издание Американского физического общества.

Специалисты из Кембриджского университета, Университетского колледжа Лондона и Национальной физической лаборатории изучали систему, в основе которой был так называемый одноэлектронный насос - устройство, которое выпускает строго по одному электрону с заданной энергией в известный промежуток времени. Аналогичный насос используется для определения эталона ампера.

Выходившие из насоса электроны имели энергию на порядки больше, чем частицы в самом полупроводнике. Они двигались к электроду, который замыкал цепь, по одиночке и потому ток в цепи оказывался очень мал. За счет этого ученые могли сделать выводы о движении отдельных частиц на основе наблюдений за динамикой сила тока.

На экспериментальном образце были размещены также электроды, на которые можно было подавать переменное напряжение с заданной амплитудой и частотой, создавая регулируемые потенциальные барьеры. Кроме того, всю систему охладили до 0,3 кельвина в криостате и поместили между полюсами мощного магнита, поле которого могло отклонять электроны так, чтобы они двигались вдоль одного из краев образца.

Физикам выяснили, что электроны практически не теряют энергии при помещении полупроводника в магнитное поле с индукцией в 12 тесла, однако уменьшение поля вдвое, до 6 тесла, резко увеличивает взаимодействие частиц с атомами материала. Это наблюдение, как отмечают исследователи, может иметь важное значение в области квантовых вычислений.

Ранее ученые считали, что попавшие в полупроводник электроны практически сразу передают свою энергию другим частицам и за счет этого меняют свое собственное квантовое состояние. Новые результаты заставляют предположить, что как минимум в сильном магнитном моле (магнитной индукция в 12 тесла больше магнитной индукции магнита для самого мощного в мире и еще не построенного томографа) возможно достичь передачи электронов без изменения их состояния и, следовательно, в пригодном для квантовых вычислений виде.

Для квантовых компьютеров важно, чтобы обеспечивающая вычисления система была во время работы не подвержена действию других объектов. При взаимодействии квантовых элементов с окружением их заданное экспериментаторами состояние меняется плохо предсказуемым образом и это делает какие-либо манипуляции бессмысленными. Над сохранением квантового состояния работают различные коллективы исследователей, пытаясь как увеличить срок хранения тех или иных объектов, так и найти способ восстанавливать их состояние.