Science——科学家实现石墨烯中两个电子相干碰撞，为量子信息处理提供新突破！

| 研究背景

电子是固体中表现出波动性质的基本粒子之一，这一特性使得其在量子信息处理、量子光学等领域具有广泛应用。与传统的材料相比，石墨烯等二维材料具有较高的电子迁移率和良好的量子相干性，因此被广泛用于量子信息处理、量子计算和量子传感器等技术。

然而，石墨烯在高温环境下的量子表现和相干性、电子碰撞过程中的干涉效应等问题仍然是挑战所在。这些挑战限制了石墨烯在实际应用中的潜力，尤其是在量子比特的操控与量子态的测量中，如何有效利用石墨烯进行精确的量子操作仍是一个亟待解决的难题。

| 图文导读

图1 | 伯纳尔双层石墨烯和菱方多层三层石墨烯中的静态与波动磁性

图2 | 马赫-曾德尔结构中的噪声

图3 | 2e Leviton断层扫描

本文的核心创新点在于首次实现了石墨烯Mach-Zehnder干涉仪中两个电子的相干碰撞，并通过电流噪声揭示了电子碰撞的费米子Hong-Ou-Mandel效应和Aharonov-Bohm干涉，展示了石墨烯在量子信息处理中的潜力。

| 结论展望

本文实验首次展示了石墨烯Mach-Zehnder干涉仪中两个电子的相干碰撞，并通过电流噪声揭示了电子碰撞的基本特性，尤其是费米子Hong-Ou-Mandel效应和Aharonov-Bohm干涉。这为飞行量子比特的相干操作奠定了基础，推动了量子纠缠和量子态断层扫描的研究进展。其次，研究表明，通过精准控制电子激发的时间延迟，可以实现电子碰撞的动态操控，为量子计算中的精确操作提供了新的思路。更进一步，实验结果为量子态的相干性提供了深刻的见解，尤其是在双粒子和单粒子干涉中，展示了石墨烯作为量子信息处理平台的巨大潜力。

此外，本文的成果不仅限于电子，还可以扩展到任意激发的操控与测量，为任意子统计相位测量和编织操作提供了实验支持。这些发现为量子计算和量子通信技术的发展提供了宝贵的理论和实验依据，具有重要的应用前景。

参考文献：

https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.adn4622

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