درهم تنیدگی کوانتومی یک الکترون آزاد با یک فوتون توسط محققان آلمانی و سوئیس به دست آمده است. تیم به رهبری آرمین فیست در موسسه ماکس پلانک برای علوم چند رشته ای، با استفاده از یک مجموعه آزمایشی جدید، که عناصر فوتونیک و میکروسکوپ الکترونی را ترکیب می کند، به این موفقیت دست یافت.
درهم تنیدگی در مکانیک کوانتومی زمانی اتفاق می‌افتد که دو یا چند ذره با یک حالت کوانتومی منفرد توصیف شوند - به ذرات رابطه نزدیک‌تری نسبت به آنچه که فیزیک کلاسیک اجازه می‌دهد، می‌دهد.
در زمینه فناوری کوانتومی که به سرعت در حال رشد است، توانایی ایجاد درهم تنیدگی بین ذرات اغلب بسیار مهم است. یکی از کاربردهای مهم درهم تنیدگی، "پیش‌خط" است که به موجب آن تشخیص یک ذره در یک جفت درهم‌تنیده نشان می‌دهد که ذره دیگر برای استفاده در مدار کوانتومی در دسترس است.
جفت های هیبریدی
ذرات درهم تنیده نیازی به یکسان بودن ندارند و کلاس جدیدی از فناوری‌های کوانتومی هیبریدی در حال ظهور هستند که به جفت‌های درهم‌تنیده ذرات مختلف – برای مثال فوتون‌ها و الکترون‌ها – متکی هستند. با این حال، توسعه روش‌های عملی برای درهم‌تنیدگی جفت‌های هیبریدی یک چالش باقی مانده است.
Feist و همکارانش با ایجاد یک مجموعه آزمایشی جدید که دارای یک میکرورزوناتور نوری حلقه‌ای شکل است که روی یک تراشه فوتونیک قرار می‌گیرد، به این موضوع پرداخته‌اند. محققان با استفاده از یک میکروسکوپ الکترونی، پرتوی از الکترون های پرانرژی را نیز ایجاد کردند که به صورت مماس به حلقه می گذرد. همانطور که از حلقه عبور می کنند، الکترون ها با میدان ناپایدار ریزرزوناتور برهمکنش می کنند. این منجر به ایجاد فوتون در حلقه می شود. مهم این است که هر یک از این فوتون‌های جدید با یک الکترون در پرتو درگیر می‌شوند. سپس این فوتون ها با استفاده از فیبر نوری از حلقه استخراج می شوند.
برای آزمایش ساختار آنها، تیم فیست الکترون‌ها و فوتون‌های مربوط به آنها را در آشکارسازهای جداگانه جمع‌آوری کردند، سپس همزمانی حالت‌های کوانتومی آنها را اندازه‌گیری کردند. همانطور که آنها امیدوار بودند، آشکارساز تایید کرد که جفت الکترون-فوتون در طول فرآیند برهمکنش درهم پیچیده شده اند.
روش تقطیر درهم تنیدگی کوانتومی را در یک جفت فوتون تقویت می کند
این تیم امیدوار است که تکنیک آنها بتواند الهام بخش نوآوری در میکروسکوپ الکترونی باشد. از طریق هرالدینگ، می‌تواند به محققان اجازه دهد تا برهمکنش بین پرتوهای الکترونی و نمونه‌های مقیاس اتمی را با مطالعه اثرات برهمکنش بر روی فوتون‌های درهم‌تنیده بررسی کنند. اندازه‌گیری مستقیم این فوتون‌ها بسیار آسان‌تر از الکترون‌ها است و این می‌تواند حساسیت و قابلیت‌های تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی را افزایش دهد.
به طور گسترده‌تر، رویکرد آنها می‌تواند مجموعه ابزار علم اطلاعات کوانتومی را گسترش دهد تا الکترون‌های آزاد را در بر بگیرد - که به طور بالقوه فرصت‌های جدیدی را برای نوآوری‌ها در محاسبات کوانتومی و ارتباطات ایجاد می‌کند.
تحقیق در شرح داده شده است علم.
