Synth Daily

氦海漂浮电子

一种新型的量子比特技术正通过让单个电子漂浮在液氦表面来实现。该方法基于半个世纪前的物理学原理,利用氦的电介质特性和超流性,在相对较高的温度(4 开尔文)下捕获和控制电子,为量子计算提供了一条有别于主流技术的新路径。

让电子漂浮在氦上

这项技术的物理原理并不复杂,早在几十年前就已得到验证。其核心机制在于利用电子与液氦表面之间的相互作用。

当一个电子靠近液氦表面时,由于氦是电介质,它会在液体内部感应出一个微弱的“镜像”正电荷。电子会被这个镜像电荷吸引,但又无法穿透化学性质极其惰性的液氦,最终被束缚在表面。

通过这种方式,电子就像漂浮在一个无形的“陷阱”中。实验中,研究人员使用硅芯片上的微小通道来引导液氦,并利用旁边的钨丝为液氦表面“加载”电子,从而实现对单个电子的捕获。

该技术的关键优势

与当前主流的量子计算技术相比,利用液氦漂浮电子的方法展现出几个独特的优点:

  • 相对“高温”运行: 系统可在 4 开尔文(约零下 269 摄氏度)的温度下工作。这虽然极冷,但相比其他需要更极端制冷技术的方案,条件已相对宽松,降低了工程挑战。

  • 天然的真空环境: 在这个温度下,环境中几乎所有其他气体都会凝固并附着在容器壁上,从而在设备内部自然形成一个理想的真空环境。

  • 利用超流性: 液氦是一种超流体,意味着它流动时没有粘性。这一特性使其能够轻松地流过硅芯片上刻蚀的微小通道,便于精确地将电子引导至指定位置。