证明了成对电子之间的自旋相关性

巴塞尔大学的物理学家首次通过实验证明，来自超导体的纠缠电子对的两个自旋之间存在负相关。在他们的研究中，研究人员使用了由纳米磁铁和量子点制成的自旋过滤器，正如他们在科学杂志《自然》中报道的那样。

两个粒子之间的纠缠是量子物理学中难以与日常经验相协调的现象之一。如果纠缠在一起，即使相距很远，这两个粒子的某些特性也会紧密相关。阿尔伯特·爱因斯坦将纠缠描述为“一种幽灵般的超距作用”。对光粒子(光子)之间纠缠的研究获得了今年的诺贝尔物理学奖。

两个电子也可以纠缠在一起——例如在它们的自旋中。在超导体中，电子形成所谓的库珀对，负责产生无损电流，其中各个自旋纠缠在一起。

多年来，瑞士纳米科学研究所和巴塞尔大学物理系的研究人员已经能够从超导体中提取电子对，并在空间上分离这两个电子。这是通过两个量子点实现的——并联的纳米电子结构，每个量子点只允许单个电子通过。

与平行自旋过滤器相反，对于反平行自旋过滤器，允许电子对离开超导体，这可以被检测为两个路径中显着增强的电流。图片来源：巴塞尔大学物理系，Scixel

来自库珀对的相反电子自旋

ChristianSchönenberger教授和AndreasBaumgartner博士的团队与来自IstitutoNanoscienze-CNR和ScuolaNormaleSuperiore的LuciaSorba教授领导的研究人员合作，现在已经能够通过实验证明长期以来一直这在理论上是可以预期的：来自超导体的电子总是成对出现且自旋相反。

使用创新的实验装置，物理学家能够测量到一个电子的自旋指向上方，而另一个电子指向下方，反之亦然。“因此，我们通过实验证明了成对电子的自旋之间存在负相关性，”项目负责人AndreasBaumgartner解释道。

研究人员通过使用他们在实验室开发的旋转过滤器实现了这一点。他们使用微小的磁铁在分隔库珀对电子的两个量子点中的每一个中产生了可单独调节的磁场。由于自旋还决定了电子的磁矩，因此一次只允许一种特定类型的自旋通过。

“我们可以调整两个量子点，以便主要是具有一定自旋的电子通过它们，”第一作者ArunavBordoloi博士解释说。“例如，一个自旋向上的电子通过一个量子点，一个自旋向下的电子通过另一个量子点，反之亦然。如果两个量子点都设置为仅通过相同的自旋，则两个量子点中的电流点减少了，即使单个电子很可能会穿过单个量子点。”

“通过这种方法，我们能够首次检测到超导体电子自旋之间的这种负相关性，”AndreasBaumgartner总结道。“我们的实验是第一步，但还不是纠缠电子自旋的明确证据，因为我们不能任意设置自旋过滤器的方向——但我们正在努力。”

这项最近发表在《自然》杂志上的研究被认为是进一步研究量子力学现象的重要一步，例如粒子在固体中的纠缠，这也是量子计算机的关键组成部分。