Elektron ve kvantové tečce ve švýcarském experimentu. Kredit: University of Basel, Departement of Physics.

Částice jsou kvantové příšerky, o nichž některé normální věci jen sotva tušíme. Třeba to, jak vlastně vypadají. Fyzici švýcarské Universität Basel v Bazileji nedávno zjistili, jak vypadá jeden elektron ve kvantové tečce. Vyvinuli novou metodu, která jim umožnila s nesmírnou přesností zjistit pravděpodobnosti výskytu elektronu v prostoru. V budoucnu bude možné takový postup využít k vylepšení ovládání spinů elektronů, které by se mohly stát základním prvkem kvantových počítačů.

Dominik Zumbühl. Kredit: University of Basel.

Spin elektronu je dnes slibným kandidátem na konstrukci qubitu pro kvantový počítač. Ovládání takového spinu je ale komplikované a dělá na tom řada výzkumných týmů po světě. Stabilita jednotlivých spinů a kvantové provázání, entanglement spinů, závisí mimo jiné i na geometrii elektronů. Až doposud přitom nikdo nedokázal geometrii elektronů experimentálně určit.

Dominik Zumbühl a Daniel Loss se svými kolegy vyvinuli postup, kterým je možné určit geometrii elektronu ve kvantové tečce. Dnes nesmírně populární kvantové tečky, čili polovodičové nanočástice s pozoruhodnými optickými a elektronickými vlastnostmi vlastně fungují jako pasti na elektrony. Kvantová tečka může uvěznit volné elektrony v prostoru, který je asi tisíckrát větší než běžný atom. Takto polapené elektrony se chovají podobě jako elektrony, které jsou součástí atomů. Proto se kvantovým tečkám někdy (poněkud nešťastně) přezdívá „umělé atomy“.

Daniel Loss. Kredit: University of Basel.

Elektrony drží v pasti kvantové tečky elektrická pole. Uvnitř pasti se elektrony pohybují a v různých místech se tam vyskytují podle jejich vlnové funkce. Švýcarští badatelé použili spektroskopická měření ke studiu energetických polí kvantových teček. Tímto způsobem je možné určit geometrické uspořádání elektronu s přesností na méně než 1 nanometr.

Zumbühl, Loss a spol. dokázali nejen zmapovat tvar a orientaci elektronu, ale také ovládat jeho vlnovou funkci prostřednictvím konfigurací elektrických polí. Toho bude možné využít k ovládání spinů elektronů v budoucí elektronice. Prostorová orientace elektronů hraje rovněž roli ve kvantovém provázání několika spinů elektronů. Pokud má dojít k úspěšnému entanglementu spinů elektronů, tak jejich vlnové funkce musejí být uspořádané v jedné rovině. Pozoruhodné kvantové počítače jsou zase o něco blíž.

Literatura
University of Basel 23. 5. 2019.