物理学家首次观测到量子时空极限

物理学家首次观测到单个电子在位置和时间演化上可同时测量的基本量子极限。这项研究于2026年7月3日发表在《自然·光子学》上。

雷根斯堡大学：达到时空极限

新的量子约束

这项研究由雷根斯堡大学RUN（超快纳米科学中心）的Jascha Repp、Rupert Huber、Franz Giessibl和Klaus Richter教授领导，并与汉堡马克斯·普朗克研究所Angel Rubio团队合作完成。研究证明，具有阿秒时间分辨率的原子尺度光波驱动扫描隧道显微镜可以追踪单个电子穿过势垒的隧道过程——但存在一个极限。

团队发现，提高电子位置成像的空间分辨率会降低时间精度，反之亦然。这种权衡被称为“时空极限”，不同于著名的海森堡不确定性原理（后者涉及位置和动量）。新确认的极限适用于位置和时间，揭示了量子力学电子波函数的内在特性。

实验方法

研究人员使用光波驱动扫描隧道显微镜，利用太赫兹和中红外光的单周期对隧道电子进行探测，空间分辨率优于埃级，时间精度达到阿秒级。激发后，电子在显微镜结中隧穿，团队在时空极限变得显著的尺度上追踪了电子的固有量子运动。

论文题为“在时空极限下追踪电子”，作者包括K. Richter、F. J. Giessibl、F. P. Bonafé、M. A. Huber、A. Rubio、J. Repp和R. Huber。来源

对量子技术的影响

这一发现对未来量子技术的发展具有重要意义。通过建立电子在空间和时间行为上可测量的边界，该研究为理解最基础层面的电子隧道动力学提供了框架。这可能有助于设计依赖原子尺度精确控制电子行为的量子器件。