用氢分子实现亚埃级空间分辨率的量子传感

美国加利福尼亚大学（尔湾）（University of California, Irvine）的Wilson Ho教授研究组利用基于飞秒太赫兹（THz）泵浦-探测的扫描隧道显微镜（STM）技术，在原子级空间分辨与飞秒级时间分辨尺度上实现了氢分子（H2）量子相干性的精确测量。这一相干性的测量来源于H2在氮化铜（Cu2N）岛上不同吸附位点所构成的双能级系统，及其相干叠加态在THz电场作用下的高灵敏响应。相关研究成果于4月21日发表在《科学》杂志上。量子传感和量子计算已显示出优于经典过程的优势。与量子计算追求长退相干时间的不同，量子传感更追求量子系统对外部环境的高灵敏度。目前，金刚石氮空位(NV色心)、俘获离子和单电子晶体管已被用作量子传感器。但是在这些体系中，由于传感器的大尺寸或实验技术的局限性，难以实现原子尺度的空间分辨率。针对量子传感器在高空间与时间分辨尺度的精确测量，Wilson Ho教授研究组通过把THz脉冲耦合到STM针尖与衬底之间的纳腔，研究Cu2N岛上单个H2分子在双能级系统（TLS）之间的相干叠加。通过进行太赫兹整流光谱（TRS）和太赫兹泵浦探针测量，他们证明了