“阿秒鐘”以迄今最快速度觀測自由電子運動

將傳統或量子計算速度最大化的關鍵在于了解電子在固體中的行為。據一項發表在12日《自然》雜志上的研究，美國密歇根大學和德國雷根斯堡大學的研究人員合作，捕捉到了電子在幾百阿秒（1阿秒=10-18秒）內的運動，這是迄今為止最快的速度。

觀察到電子以阿秒級的增量移動，有助于將處理速度提高到目前可能速度的10億倍。此外，這項成果還為多體物理的研究提供了一種“改變游戲規則”的工具，使人們能夠設計具有更精確定制屬性的新型量子材料，為未來的量子信息技術開發新的材料平臺。

研究人員表示，計算機處理器以千兆赫的速度運行，這相當于每一次操作耗時十億分之一秒。在量子計算中，這是極其緩慢的，因為計算機芯片中的電子每秒碰撞數萬億次，每次碰撞都會終止量子計算周期。“為了提升量子計算的性能，我們需要的是快10億倍的電子運動速度的快照。現在，我們做到了。”

為了觀察二維量子材料中的電子運動，研究人員通常使用聚焦極紫外線的短脈沖。這些爆發可以揭示圍繞原子核的電子的活動。但是，在這些爆發中攜帶的大量能量阻礙了科學家對穿過半導體的電子的清晰觀察。

為了觀察自由電子在固體中的超快運動，研究人員開發了一種新型的阿秒“秒表”。這個“阿秒鐘”的“鐘擺”是兩個光脈沖，一個是與電子的狀態相匹配的能量脈沖，另一個是導致狀態改變的脈沖。他們基本上可以拍攝這兩個脈沖如何改變電子的量子態，然后將其表達為時間的函數。

雙脈沖序列允許研究人員進行時間測量，其精確度比加速電子的太赫茲光周期的百分之一還要高。這種高精度的測量是令人難以想象的。