漢堡大學物理系的研究人員觀測到了一種量子態，這種量子態早在50 多年前就被日本理論家從理論上預言過，但在今天之前都仍未被探測到。通過在超導體表面定制一個人造原子，研究人員成功地將所謂量子點的電子配對，從而誘導出最小版本的超導體。這項研究成果發表在最新一期的《自然》雜誌上。

物理學家通過在超導體上的人造原子中將電子配對，觀察到了50 多年前理論上的量子態，創造了超導的基本版本。這一發現展示了成對電子（玻色子）的行為，它們與單電子不同，可以共存於同一空間。這項工作對於推動人們了解納米級結構中的超導性及其在現代量子計算機中的潛在應用具有重要意義。電子行為與超導性電子通常因其負電荷而相互排斥。這種排斥現像在影響許多材料特性方面發揮著重要作用，電阻就是其中之一。然而，如果電子被”粘”在一起，成為玻色子對，情況就會發生巨大變化。與相互排斥的孤立電子不同，玻色子對可以共存於同一空間，並執行相同的運動。由銀（小丘）逐原子構建的一些結構的三維視圖。圖片左上角為一個矩形和一個圓形電子籠。圖片來源：盧卡斯-施耐德

含有這些電子對的材料最引人入勝的特性之一就是超導性–能夠讓電流毫無阻力地通過。多年來，超導性已被廣泛應用於各種技術領域，如磁共振成像和高靈敏度磁場探測器。隨著電子設備的不斷微型化，人們越來越有興趣了解如何在更小的納米級結構中實現超導。人造原子中的電子配對物理系和”CUI： 漢堡大學”高級物質成像”研究小組的研究人員現在已經實現了一種名為量子點的人造原子中的電子配對，量子點是納米結構電子設備的最小構件。為此，納米結構和固體物理研究所的Jens Wiebe 博士領導的實驗人員將電子逐個鎖入用銀製成的微小籠子中。通過將鎖定的電子與元素超導體耦合，電子繼承了超導體的配對趨勢。研究人員與由Thore Posske 博士領導的理論物理學家小組一起，將實驗特徵–極低能量下的光譜峰值–與町田和重（Kazushige Machida）和柴田文明（Fumiaki Shibata）在上世紀70 年代初預測的量子態聯繫起來。雖然這種狀態至今仍無法通過實驗方法直接探測到，但荷蘭和丹麥團隊的最新研究表明，它有利於抑制跨蒙量子比特（現代量子計算機的重要組成部分）中不必要的噪聲。町田和茂在一封私人電子郵件中寫道，他的第一作者是盧卡斯-施耐德（Lucas Schneider）博士：”我感謝你在半個世紀前”發現”了我的舊論文。長期以來，我一直認為過渡金屬非磁性雜質會產生隙內態，但它的位置非常靠近超導隙邊，因此無法證明它的存在。但通過你們巧妙的方法，終於用實驗驗證了它的真實性。 “