時間分辨率達到萬億分之一秒 單電子探測精度創紀錄

科技日報記者 劉霞

英國國家物理實驗室研究團隊開發出超高精度單電子探測技術，其時間分辨率達到創紀錄的萬億分之一秒（皮秒級）。這項發表於最新一期《物理評論快報》的研究成果，為新一代量子設備的研發奠定了堅實基礎。

傳統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致效率損失。能否精確操控單個電子，以製造出單電子高速電路？最新電子檢測方法朝這一目標邁進了一步。

研究團隊創新性地採用半導體砷化鎵薄片作為實驗平台，通過精確注入和追蹤兩個電子的相互作用過程，實現了前所未有的單電子探測精度。

實驗過程中，研究團隊將兩個電子分別注入材料的不同位置。當這兩個帶電粒子高速接近時，它們之間的庫侖力導致其運動軌跡發生偏轉。通過即時監測這種微妙變化，在電子相互作用發生後的6皮秒內完成了電子探測，這一速度較現有技術提升約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”的細節，為理解電子行為本質並設計新型電子器件提供了重要工具。

單個電子本質上是量子粒子，這項技術突破意味着科學家現在可以更深入地探索和利用電子的量子特性，為量子通信、量子計算等前沿領域帶來新的可能性。單電子設備可完成某些單光子量子設備的任務，這些設備有望實現芯片級集成，為量子計算小型化開闢新道路。此外，該技術還可用於電流標準的精確測定。