Une méthode de détection extrêmement précise pour les électrons simples, qui émoussait les particules avec une résolution de milliards de dollars de seconde, peut fournir un élément de construction précieux pour les futures technologies quantiques
La détection rapidement d'un électron solitaire est une tâche difficile
Nous pouvons désormais détecter des électrons uniques avec la résolution de quelques trillions de seconde, ce qui pourrait s'avérer essentiel pour construire une nouvelle génération de dispositifs électroniques quantiques.
Les circuits électroniques traditionnels sont remplis de nombreux électrons, mais les interactions entre ces particules diminuent souvent leur efficacité et leur efficacité. Pourrions-nous contrôler assez bien les électrons pour fabriquer des circuits rapides et efficaces qui utilisent un seul électron à la fois? Masaya Kataoka au National Physical Laboratory (NPL) au Royaume-Uni et ses collègues se sont rapprochés de cet objectif en développant une méthode extrêmement précise pour détecter les électrons.
Ils ont injecté deux électrons dans un mince morceau de l'arséniure de gallium de matériau semi-conducteur à deux points différents. Les particules chargées se déplaçaient très rapidement. Lorsque leurs chemins se sont approchés, une force électrique entre les électrons les séparait, pliant leurs trajectoires respectives. Les chercheurs ont gardé une trace de l'un des électrons et ont utilisé cette déviation pour détecter la présence de l'autre électron. Ils ont pu le trouver à moins de 6 milliards de choses d'une seconde de l'interaction, environ 100 fois plus rapidement que les détections d'électrons précédentes.
«Notre expérience pourrait être considérée comme le plus petit capteur du monde – un électron – détectant le plus petit objet du monde – un électron», explique Kataoka.
Le membre de l'équipe Jon Fletcher, également au NPL, affirme que les interactions entre les électrons peuvent être terminées en quelques trillions de seconde. Maintenant qu'ils peuvent accéder à cette échelle de temps, les chercheurs peuvent commencer à répondre à des questions sur exactement ce que deux électrons font dans un appareil – et utiliser ces connaissances pour concevoir de nouveaux types d'électronique.
Vyacheslavs Kashcheyev à l'Université de Lettonie affirme que ce travail pourrait être une étape importante dans le développement d'une nouvelle génération d'électronique basée sur des électrons rapides uniques. Notamment, un seul électron est une particule fondamentalement quantique. Cela signifie que les appareils futurs pourraient exploiter directement ses propriétés quantiques, comme celles déjà exploitées dans l'informatique quantique et la communication, dit-il.
Les chercheurs pensent que les dispositifs basés sur un seul électron pourraient effectuer certaines des mêmes tâches que les dispositifs quantiques basés sur une seule particule de lumière – tout en étant beaucoup plus petit. De tels appareils à base d'électrons pourraient même être intégrés aux puces pour faciliter l'utilisation, explique Christian Flindt à l'Université Aalto en Finlande. Il dit qu'un système de détection comme celui-ci sera un élément de construction nécessaire pour toutes ces applications potentielles.
Les résultats pourraient également contribuer à notre compréhension des courants électriques, explique Rolf Haug à l'Université Leibniz Hanovre en Allemagne. La norme que nous utilisons maintenant pour déterminer une unité de courant électrique pourrait être améliorée en perfectionnant les «pompes électroniques» utilisées par l'équipe pour injecter des électrons dans leur expérience, dit-il.
