成對電子間自旋相關性首次獲證

據最新一期《自然》雜誌報道，瑞士巴塞爾大學團隊首次通過實驗證明，來自超導體的糾纏電子對的兩個自旋之間存在負相關性，其被認為是進一步開展量子力學現象實驗研究的重要一步，也是量子電腦的關鍵組件。

兩個粒子之間的糾纏是量子物理中難以與日常經驗相協調的現象之一。如果糾纏在一起，即使相隔很遠，這兩個粒子的某些性質也是緊密相連的，愛因斯坦將量子糾纏描述為“幽靈般超距作用”。

兩個電子在它們的自旋中也可以糾纏在一起。在超導體中，電子形成所謂的庫珀對，負責産生無損電流，其中各個自旋相互糾纏。

幾年來，瑞士奈米科學研究所和巴塞爾大學的研究人員已經能夠從超導體中提取電子對，並在空間上將兩個電子分開。這是通過兩個量子點—平行連接的奈米電子結構實現的，每個量子點只允許單電子通過。

此次實驗中，研究人員利用了由奈米磁鐵和量子點製成的自旋濾光器。使用微小的磁鐵，他們在分離庫珀對電子的兩個量子點中的每個量子點中産生了單獨可調的磁場。由於自旋還決定了電子的磁矩，因此一次只允許通過一種特定類型的自旋。

他們能夠調整這兩個量子點，使主要具有特定自旋的電子通過它們。例如，一個自旋向上的電子穿過一個量子點，而一個自旋向下的電子穿過另一個量子點，反之亦然。如果將兩個量子點設置為只通過相同的自旋，則兩個量子點中的電流都會減少，即使單個電子很可能通過單個量子點也是如此。

使用這種方法，研究人員第一次能夠檢測到超導體中電子自旋之間的負相關性。但這還不是糾纏電子自旋的確鑿證據，因為還不能任意設置自旋過濾器的方向。