【复材资讯】石墨烯再登Science，突破局限！

05-24 08:39

在量子信息处理、量子光学等领域，电子是固态中表现起伏属性的基本粒子之一。与传统材料相比，石墨烯等二维材料具有较高的电子迁移率和良好的量子相关性，因此广泛应用于量子信息处理、量子计算和量子传感器等技术。但是，在高温环境下，石墨烯的量子状态与相关性、电子碰撞过程中的干预效应等问题仍是一个挑战。这些挑战限制了石墨烯在实际应用中的潜力，尤其是在量子比特的控制和量子态的测量中。如何有效利用石墨烯进行精确的量子操作仍然是一个亟待解决的问题。

有鉴于此，法国巴黎萨克雷大学P. 韩国科学技术学院HRoulleau教授.-S. 在Science期刊上，Sim教授合作发表了题为“Electron collision in a two-path graphene interferometer"最新论文。

该团队通过动态电子激起，设计并制备了基于石墨烯的Mach-Zehnder干涉仪，完成了电子间的相关碰撞。这项研究突破了传统材料的局限性，成功展示了两个电子在光束分离器上的相关冲击，并利用HOM干涉揭示了电子波函数的不可分割部分和可分割部分之间的互补性。研究人员可同时生成单个电子波包，并通过精确控制电压脉冲和时间延迟，实现其干预操作。该技术利用了石墨烯的优良特性，促使即使在2K的温度和1K的温度下，在mV电压下，电子量子干扰仍保持良好，显示出石墨烯在量子信息处理方面的巨大潜力。

该团队通过检测碰撞后的噪音，特别是在电子-空穴对的干预中看到的Aharonov-Bohm震荡，揭示了电子碰撞过程中不同物理变化的干预效应，成功展示了量子断层扫描的结果，进一步证明了石墨烯在飞行量子比特技术中的发展前景。这一进展不仅为电子量子光学提供了一个新的实验平台，也为未来基于石墨烯的量子计算设备的设计提供了理论依据和技术服务。

本文的关键创新是，石墨烯Mach-Zehnder干涉仪中的两个电子的相关冲击首次实现，电子碰撞的费米子Hong通过电流噪声暴露出来。-Ou-在量子信息处理中，Mandel效应和Aharonov-Bohm干预显示了石墨烯的潜力。

图1. 单个分束装置配有HOM试验。

图2. 曾德尔结构中的马赫-噪音。

图3. 2e 扫描Leviton断层。

本文首次展示了石墨烯Mach-Zehnder干涉仪中两个电子的相关冲击，并通过电流噪声揭示了电子冲击的基本特征，尤其是费米子Hong。-Ou-Aharonov-Bohm干预Mandel效应。它为航行量子比特的相关操作奠定了基础，促进了量子纠缠和量子断层扫描的研究进展。其次，研究发现，电子碰撞的动态控制可以通过精确控制电子刺激的时间延迟来实现，为量子计算中的精确操作提供了新的思路。此外，实验结论为量子态的相关性提供了深刻的见解，尤其是在双粒子和单粒子干预中，石墨烯作为量子信息处理平台具有巨大的潜力。此外，本文的结果不仅限于电子，还可以扩展到随机激起的控制和测量，为任何子统计相位测量和编织操作提供实验支持。这一发现为量子计算和量子通信技术的发展提供了宝贵的理论和实验依据，具有重要的发展前景。

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