L'intrication quantique d'un électron libre avec un photon a été réalisée par des chercheurs en Allemagne et en Suisse. L'équipe, dirigée par Armin Feist à l'Institut Max Planck pour les sciences multidisciplinaires, a réalisé l'exploit en utilisant une nouvelle configuration expérimentale, qui combine des éléments de photonique et de microscopie électronique.
L'intrication en mécanique quantique se produit lorsque deux particules ou plus sont décrites par un seul état quantique, ce qui donne aux particules une relation beaucoup plus étroite que celle autorisée par la physique classique.
Dans le domaine en plein essor de la technologie quantique, la capacité à établir un enchevêtrement entre les particules est souvent cruciale. Une application particulièrement importante de l'intrication est « l'annonce », dans laquelle la détection d'une particule dans une paire intriquée indique que l'autre particule est disponible pour être utilisée dans un circuit quantique.
Paires hybrides
Les particules intriquées n'ont pas besoin d'être identiques, et une nouvelle classe de technologies quantiques hybrides émerge et repose sur les paires intriquées de différentes particules - les photons et les électrons, par exemple. Cependant, développer des moyens pratiques d'emmêler des paires hybrides reste un défi.
Feist et ses collègues ont résolu ce problème en créant une nouvelle configuration expérimentale qui comprend un microrésonateur optique en forme d'anneau placé sur une puce photonique. À l'aide d'un microscope électronique, les chercheurs ont également créé un faisceau d'électrons de haute énergie, qui passe tangentiellement à l'anneau. Au passage de l'anneau, les électrons interagissent avec le champ évanescent du microrésonateur. Il en résulte la création de photons à l'intérieur de l'anneau. Fondamentalement, chacun de ces nouveaux photons est intriqué avec un électron dans le faisceau. Ces photons sont ensuite extraits de l'anneau à l'aide d'une fibre optique.
Pour tester leur configuration, l'équipe de Feist a collecté les électrons et leurs photons correspondants dans des détecteurs séparés, puis a mesuré la coïncidence entre leurs états quantiques. Comme ils l'espéraient, le détecteur a confirmé que les paires électron-photon s'étaient enchevêtrées au cours du processus d'interaction.
La méthode de distillation renforce l'intrication quantique dans une seule paire de photons
L'équipe espère que leur technique pourra inspirer des innovations en microscopie électronique. Grâce à l'annonce, cela pourrait permettre aux chercheurs de sonder l'interaction entre les faisceaux d'électrons et les échantillons à l'échelle atomique en étudiant les effets de l'interaction sur les photons intriqués. Ces photons seraient beaucoup plus faciles à mesurer directement que les électrons, ce qui pourrait améliorer la sensibilité et les capacités d'imagerie de la microscopie électronique.
Plus largement, leur approche pourrait étendre la boîte à outils de la science de l'information quantique pour inclure les électrons libres, ouvrant potentiellement de nouvelles possibilités d'innovations dans l'informatique et les communications quantiques.
La recherche est décrite dans Sciences.
