电子的自旋是一个很有前途的候选者，可以用作量子计算机的最小信息单元(量子位)。控制和切换这种自旋或将其与其他自旋耦合是世界上许多研究小组正在研究的一个挑战。单个自旋的稳定性和各种自旋的纠缠依赖于电子的几何形状，这在以前是不可能通过实验确定的。

只有在人造原子中才有可能

由巴塞尔大学物理系的Dominik zumb和Daniel Loss教授领导的团队和瑞士纳米科学研究所的科学家们现在已经开发出一种方法，通过这种方法他们可以在空间上确定量子点中电子的几何形状。

量子点是一个潜在的陷阱，它可以将自由电子限制在一个比自然原子大1000倍的区域内。由于被捕获的电子的行为类似于被束缚在原子上的电子，量子点也被称为“人造原子”。

电子被电场束缚在量子点中。然而，它在空间中移动，并以不同的概率与波函数相对应，在其限制范围内保持在某些位置。

电荷分布很清楚

科学家们使用光谱测量来确定量子点的能级，并研究这些能级在不同强度和方向的磁场中的行为。基于他们的理论模型，有可能确定电子的概率密度，从而以亚纳米尺度的精度确定其波函数。

“简单地说，我们可以用这种方法第一次展示电子的样子，”Loss解释说。

更好的理解和优化

研究人员与日本、斯洛伐克和美国的同事密切合作，从而更好地理解了电子几何形状和电子自旋之间的关系，电子自旋应该尽可能长时间保持稳定，并可以快速切换以用作量子位。

“我们不仅能够绘制电子的形状和方向，还能够根据外加电场的配置控制波函数。这使我们有机会以非常有针对性的方式优化旋转的控制，”zumb说。

电子的空间取向也在几个自旋的纠缠中起作用。与两个原子与一个分子的结合类似，两个电子的波函数必须位于一个平面上才能成功地纠缠。

在该方法的帮助下，可以更好地理解许多早期的研究，并且可以在未来进一步优化自旋量子比特的性能。