Investigadores de Alemania y Suiza han logrado el entrelazamiento cuántico de un electrón libre con un fotón. El equipo, dirigido por Armin Feist en el Instituto Max Planck de Ciencias Multidisciplinarias, logró la hazaña utilizando una nueva configuración experimental, que combina elementos de fotónica y microscopía electrónica.
El entrelazamiento en la mecánica cuántica ocurre cuando dos o más partículas son descritas por un solo estado cuántico, dando a las partículas una relación mucho más estrecha que la permitida por la física clásica.
En el campo de rápido crecimiento de la tecnología cuántica, la capacidad de establecer entrelazamientos entre partículas suele ser crucial. Una aplicación particularmente importante del entrelazamiento es el "anuncio", en el que la detección de una partícula en un par entrelazado indica que la otra partícula está disponible para su uso en un circuito cuántico.
pares híbridos
Las partículas entrelazadas no necesitan ser idénticas, y está surgiendo una nueva clase de tecnologías cuánticas híbridas que se basan en los pares entrelazados de diferentes partículas: fotones y electrones, por ejemplo. Sin embargo, el desarrollo de formas prácticas de entrelazar pares híbridos sigue siendo un desafío.
Feist y sus colegas han abordado este problema mediante la creación de una nueva configuración experimental que presenta un microrresonador óptico en forma de anillo que se coloca en un chip fotónico. Usando un microscopio electrónico, los investigadores también crearon un haz de electrones de alta energía, que pasa tangencialmente al anillo. A medida que pasan por el anillo, los electrones interactúan con el campo evanescente del microrresonador. Esto da como resultado la creación de fotones dentro del anillo. Fundamentalmente, cada uno de estos nuevos fotones está entrelazado con un electrón en el haz. Estos fotones luego se extraen del anillo usando una fibra óptica.
Para probar su configuración, el equipo de Feist recolectó los electrones y sus fotones correspondientes en detectores separados y luego midió la coincidencia entre sus estados cuánticos. Como esperaban, el detector confirmó que los pares electrón-fotón se habían enredado durante el proceso de interacción.
El método de destilación fortalece el entrelazamiento cuántico en un solo par de fotones
El equipo espera que su técnica pueda inspirar innovaciones en microscopía electrónica. Mediante el anuncio, podría permitir a los investigadores probar la interacción entre los haces de electrones y las muestras a escala atómica mediante el estudio de los efectos de la interacción en los fotones entrelazados. Estos fotones serían mucho más fáciles de medir directamente que los electrones, y esto podría mejorar la sensibilidad y las capacidades de imagen de la microscopía electrónica.
En términos más generales, su enfoque podría ampliar el conjunto de herramientas de la ciencia de la información cuántica para incluir electrones libres, lo que podría abrir nuevas posibilidades para las innovaciones en la computación y las comunicaciones cuánticas.
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