可控库珀对分离器可以根据需要分离纠缠电子 - 物理世界

纠缠粒子——即那些具有无论距离如何仍保持相关的量子态的粒子——对于许多量子技术都很重要。原则上，称为库珀对分离器的设备可以通过分离超导材料内配对的电子来产生这种纠缠粒子，但该过程被认为过于随机且不可控，无法实际使用。

物理学家 阿尔托大学 芬兰的科学家现在提出了一项理论建议，表明实际上可以通过向放置在超导带两侧的量子点施加随时间变化的电压来按需分裂这些电子对。该技术保留了分离电子的纠缠态，可能有助于开发使用纠缠电子作为量子位（qubit）的量子计算机。

当传统的超导材料冷却到非常低的温度时，其中的电子克服相互排斥并配对。这些所谓的库珀对在材料中传播，没有任何阻力。配对的电子自然地纠缠在一起，自旋指向相反的方向。提取和分离这些电子对，同时保留它们的纠缠，对于包括量子计算在内的许多应用都是有用的，但做到这一点并不是一件容易的事。

在最新的工作中，详细介绍了 体检B，理论家领导的物理学家 克里斯蒂安·弗林特 提出了一种操作库珀对分离器的新方法。他们的设计由一个超导带组成，该超导带包含两个电极，并耦合到带两侧的两个量子点（纳米尺寸的半导体材料）。当向电极施加电压时，超导体内的库珀对电子被吸引到超导带的尖端并分离，每个量子点一次容纳一个分离的电子。这些分离的电子然后可以通过纳米线传递。

随时间变化的电压

该团队设置的关键在于，施加到条带一侧电极上的电压随时间变化，以便在每次周期性振荡期间恰好有两个库珀对被分裂和喷射。 “在迄今为止的实验中，施加的电压保持恒定，”弗林特解释道。 “在我们的提案中，我们展示了如何通过施加到设备上的随时间变化的电压来控制库珀对的分裂。”

根据他们的计算，弗林特和同事估计他们的库珀对分离器可以以千兆赫范围的频率分离纠缠电子。大多数现代计算机都以这个范围内的时钟周期运行，对于许多量子技术来说，拥有类似快速的纠缠粒子源非常重要。该团队表示，事实上，将多个分离器组合在一起可以帮助形成使用纠缠电子运行的量子计算机的基础。

实验者受邀“拿起接力棒”

阿尔托物理学家决定进行他们的研究，因为他们意识到有必要控制库珀对的分裂。他们面临的最大挑战是弄清楚如何及时改变电压，以便库珀对可以根据需要进行分割。展望未来，他们认为应该可以通过实验实现他们的提议，并希望实验者能够“接力棒”。

“研究如何将我们的按需库珀对分离器集成到更大的量子电子电路中以开发量子信息处理也很有趣，”弗林特告诉我们 物理世界.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/controllable-cooper-pair-splitter-could-separate-entangled-electrons-on-demand/