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La géométrie d'un électron déterminé pour la première fois – Newstrotteur

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Les physiciens de l'Université de Bâle sont en mesure de montrer pour la première fois à quoi ressemble un électron dans un atome artificiel. Une méthode récemment développée leur permet de montrer la probabilité qu'un électron soit présent dans un espace. Cela permet un meilleur contrôle des spins d'électrons, ce qui pourrait constituer la plus petite unité d'informations d'un futur ordinateur quantique. Les expériences ont été publiées dans Lettres d'examen physique et la théorie connexe dans Examen physique B.

Le spin d'un électron est un candidat prometteur à utiliser comme la plus petite unité d'information (qubit) d'un ordinateur quantique. Contrôler et commuter ce spin ou le coupler avec d'autres spins est un défi sur lequel travaillent de nombreux groupes de recherche du monde entier. La stabilité d’un spin unique et l’enchevêtrement de plusieurs spins dépendent, entre autres, de la géométrie des électrons – impossible auparavant à déterminer expérimentalement.

Possible uniquement dans les atomes artificiels

Les scientifiques des équipes dirigées par les professeurs Dominik Zumbühl et Daniel Loss du département de physique et du Swiss Nanoscience Institute de l'Université de Bâle ont mis au point une méthode leur permettant de déterminer spatialement la géométrie des électrons en points quantiques.

Un point quantique est un piège de potentiel qui permet de confiner des électrons libres dans une zone environ 1000 fois plus grande qu'un atome naturel. Étant donné que les électrons piégés se comportent de la même manière que les électrons liés à un atome, les points quantiques sont également appelés «atomes artificiels».

L'électron est maintenu dans le point quantique par des champs électriques. Cependant, il se déplace dans l’espace et, avec différentes probabilités correspondant à une fonction d’onde, reste à certains endroits dans son confinement.

La répartition de la charge éclaire

Les scientifiques utilisent des mesures spectroscopiques pour déterminer les niveaux d'énergie dans le point quantique et étudient le comportement de ces niveaux dans des champs magnétiques de force et d'orientation variables. Sur la base de leur modèle théorique, il est possible de déterminer la densité de probabilité de l'électron et donc sa fonction d'onde avec une précision à l'échelle nanométrique.

"En termes simples, nous pouvons utiliser cette méthode pour montrer à quoi ressemble un électron pour la première fois", explique Loss.

Meilleure compréhension et optimisation

Les chercheurs, qui travaillent en étroite collaboration avec des collègues au Japon, en Slovaquie et aux États-Unis, ont ainsi une meilleure compréhension de la corrélation entre la géométrie des électrons et le spin de l'électron, qui devrait être stable le plus longtemps possible et rapidement commutable pour une utilisation en tant que qubit.

"Nous pouvons non seulement cartographier la forme et l'orientation de l'électron, mais également contrôler la fonction d'onde en fonction de la configuration des champs électriques appliqués. Cela nous donne l'occasion d'optimiser le contrôle des spins de manière très ciblée", dit Zumbühl.

L'orientation spatiale des électrons joue également un rôle dans l'enchevêtrement de plusieurs spins. De manière similaire à la liaison de deux atomes à une molécule, les fonctions d'onde de deux électrons doivent être placées sur un seul plan pour que l'enchevêtrement soit réussi.

À l’aide de la méthode développée, de nombreuses études antérieures peuvent être mieux comprises et les performances des spin qubits peuvent être encore optimisées à l’avenir.

Source de l'histoire:

Matériaux fourni par Université de Bâle. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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