时间分辨率达到万亿分之一秒 单电子探测精度创纪录

科技日报记者 刘霞

英国国家物理实验室研究团队开发出超高精度单电子探测技术，其时间分辨率达到创纪录的万亿分之一秒（皮秒级）。这项发表于最新一期《物理评论快报》的研究成果，为新一代量子设备的研发奠定了坚实基础。

传统电子电路存在大量电子，这些粒子之间的相互作用往往会导致效率损失。能否精确操控单个电子，以制造出单电子高速电路？最新电子检测方法朝这一目标迈进了一步。

研究团队创新性地采用半导体砷化镓薄片作为实验平台，通过精确注入和追踪两个电子的相互作用过程，实现了前所未有的单电子探测精度。

实验过程中，研究团队将两个电子分别注入材料的不同位置。当这两个带电粒子高速接近时，它们之间的库仑力导致其运动轨迹发生偏转。通过实时监测这种微妙变化，在电子相互作用发生后的6皮秒内完成了电子探测，这一速度较现有技术提升约100倍。在这一时间尺度探测到电子，有助揭示两个电子“一举一动”的细节，为理解电子行为本质并设计新型电子器件提供了重要工具。

单个电子本质上是量子粒子，这项技术突破意味着科学家现在可以更深入地探索和利用电子的量子特性，为量子通信、量子计算等前沿领域带来新的可能性。单电子设备可完成某些单光子量子设备的任务，这些设备有望实现芯片级集成，为量子计算小型化开辟新道路。此外，该技术还可用于电流标准的精确测定。