【量子客導讀】

科學家首次創建了成對的量子點，成功將其成像並進行了觀測。該成果可能提供一種存儲量子信息的新方法，開啟一個新航向，即量子點量子計算機。

美國國家標準技術研究院（NIST）的研究人員及其同事首次創建並成像了一對新的量子點（Quantum Dots），即一對微小的約束電荷島，其作用類似於相互作用的人造原子。

目前的量子物理學模型還無法完全解釋島中的電荷模式。這樣的「耦合」量子點可以用作量子計算機的基本信息單元——量子比特。

電子繞單個量子點的中心運行，就像它們圍繞原子運動一樣。

帶電粒子只能占據特定的允許能級。在每個能級上，電子都可以占據點中一系列可能的位置，從而追蹤出一個軌道，該軌道的形狀由量子理論的規則確定。一對耦合的量子點可以在它們之間共享電子，從而形成量子位。

為了製造量子點，由NIST領導的團隊（包括來自馬里蘭大學納米中心和日本國立材料科學研究所的研究人員）通過使用掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope,STM)，將其尖端懸停在超冷石墨烯（Graphene）薄片上（單層碳原子以蜂窩狀排列），然後短暫地提高了尖端的電壓。

電壓脈衝產生的電場穿過石墨烯進入氮化硼的下層，在該層中，原子雜質中的電子被剝離，形成電荷堆積，堆積使石墨烯中原本自由浮動的電子受到束縛，從而使之被限制在一個很小的能量阱中。

但是，當研究小組施加4至8特斯拉（ Tesla）的磁場（約為小條形磁鐵強度的400至800倍）時，它極大地改變了電子可能占據的軌道的形狀和分布。

現在，電子不再是單個阱，而是駐留在原始阱中由小空殼隔開的兩組同心、緊密間隔的環中。現在，電子的兩組環的行為就好像它們是弱耦合的量子點一樣。

NIST的合著者Daniel Walkup指出，這是研究人員首次如此深入地研究耦合量子點系統的內部，以原子解析度成像電子分布。

為了獲得系統的高解析度圖像和光譜，研究團隊利用了量子點的大小與軌道電子所占據的能級間距之間的特殊關係：量子點越小，間距越大，越容易區分相鄰的能級。

包括Walkup、Fereshte Ghahari、NIST的ChristopherGutiérrez和Joseph Stroscio和馬里蘭州NanoCenter在內的團隊在《物理評論B》中描述了其成果。

Walkup表示，兩個耦合點之間共享電子的方式不能用公認的量子點物理模型來解釋。Stroscio指出， 如果耦合量子點最終用作量子計算中的量子位，那麼這個成果的發現可能對量子計算領域非常的重要。

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