来自芬兰阿尔托大学，中国南方科技大学和莫斯科理工学院的研究者通过实验验证，表明通过施加热梯度在石墨烯库珀对分离器中产生纠缠电子从而产生热电流，即，温差可用于使超导结构中的电子对纠缠。这有望在量子设备中得到强大的应用，使我们向第二次量子革命的应用迈进了一步。相关结果发表在《自然通讯》上。

图注：假彩色电子显微镜图像中的样品，绿色层是石墨烯上面的灰色二氧化硅。利用中心与石墨烯窄接触的蓝色金属电极提取纠缠电子。

在量子计算中，纠缠用于将单个量子系统融合为一个，从而成倍地增加了它们的总计算能力。莫斯科物理技术学院的Gordey Lesovik教授解释道：“纠缠也可以用于量子密码术中，从而实现长距离信息的安全交换。”考虑到纠缠对量子技术的重要性，轻松而可控地产生纠缠的能力是研究人员的重要目标。

通过施加温度梯度在导体中产生电压是一种被称为“塞贝克效应”的基本现象。 这种效应及其反作用除了应用在基本的普通金属-超导体-普通金属（NSN）系统之外，还应用在包括量子点，原子点接触，安德列夫干涉仪，超导环和纳米线材热机中。对于超导系统中的热电效应，特别是那些涉及超导体-铁磁体设备中以及局部非磁性混合NSN结构中的非局部热电流的热电效应，已经有部分研究。有研究提出热电效应和库珀对分裂（CPS）之间存在一定关系，建立了混合超导系统中相干非局部热电效应的机制，指出NSN结构中的电传输取决于与CPS相当的弹性共隧道（EC）过程。

基于这些成果，研究人员设计了一种器件，其中超导体上铺有石墨烯和金属电极。“超导性是由被称为“库珀对”的纠缠电子对引起的。利用温度差，使它们分裂，每个电子随后移动到不同的普通金属电极上，尽管产生的电子相距很远，但它们仍然纠缠在一起。

研究人员通过实验观察到在量子点-超导体-量子点（QD-S-QD）分离器（石墨烯库珀对分离器）上施加热梯度可以产生的非局部热电流，而且CPS和EC过程都对非局部热电流有所贡献，并且它们的相对贡献可以通过栅极电势来调节。具体而言，实验所使用的器件由与两个石墨烯量子点接触的Al超导注入器组成。两侧栅电极能够独立调整点的共振水平。为了执行热电测量，该设备还包含两个温度计和一个由石墨烯单层制成的电阻加热器。温度计由超导体-石墨烯-超导体（SGS）的约瑟夫森结构成，可通过开关电流相对温度的响应变化显示局部温度。电阻加热器包括石墨烯纳米带和两个相连的铝引线。加热器与设备的其余部分明显分开并电气隔离，传递给库珀对分流器的热量通过基板传输。

在实验中，研究者以f = 2.1 Hz的频率运行石墨烯加热器，并以2f的频率记录通过两个量子点的热电流。电导和热电电流测量采用了常规的低频锁定技术。研究者采用一个DL1211电流前置放大器连接到每个量子点，而超导体则接地在低温恒温器的顶部。试验结果表明，装置中产生的热电流与理论建模一致。而且由于器件中的量子点可以单独调节，因此其能够在EC和CPS体制之间调节器件的运行，从而实现对纠缠电子流的直接控制。

除了实际意义外，这项工作具有重要的根本重要性。实验表明，库珀对分裂过程是将温度差转化为超导结构中相关电信号的一种机制。开发的实验方案也可能成为原始量子热力学实验的平台。研究成果可用于不适合启用或者无法进行电驱动的设备，也可作为实现量子热力学实验的平台。