由三个独立研究团队验证的芯片上的电子对撞机

量子电子学有望在超灵敏测量和量子信息处理方面取得重大进展。在纳米电子电路中，一个电子可以通过相互库仑相互作用精确地改变另一个电子的轨迹。

这种新的基本电路元件现已由三个独立的研究团队进行了演示，他们的互补发现已发表在《自然纳米技术》杂志上。

电流是带电基本粒子流。在半导体器件中，弹道电子高速移动，因此很难单独寻址。单个电子的受控碰撞可以提供一个电子询问另一个电子所需的时间分辨率。这种电子对撞机电路的工作原理类似于用另一颗适时的子弹击中一颗快速移动的弹丸。因此，挑战在于精确同步两个单独的电子以利用它们的相互作用。

为此，PTB的科学家现已在半导体芯片上开发出纳米级对撞机。这种设备集成了两个单电子源，可以触发到皮秒精度。单电子探测器记录碰撞的每一个结果。

电子对由两个独立的源产生，并放置在相交的路径上，以便发生碰撞。如果源精确同步，电子对之间的相互作用将决定哪个单个粒子将到达哪个最终信号路径。

尽管这次相遇很短暂，但拉脱维亚大学在布伦瑞克技术大学的投入下开发的理论模型使得从实验数据推断电子轨迹成为可能，并为未来的应用设计控制二电子相互作用的方法。

这种时间分辨相互作用的演示不仅表明这种飞行电子可以用作超快传感器或开关，而且还证明了一种产生量子纠缠的机制——量子纠缠是量子计算的关键组成部分。

这些结果与NEEL和NPL领导的研究团队的一致发现共同出现，并由FredrikBrange和ChristianFlindt在《自然·纳米技术》杂志的“新闻与观点”评论中发表和介绍。