क्वांटम सूचना, संचार और संवेदन स्वतंत्रता की पूरक डिग्री में क्वांटम सहसंबंधों को उत्पन्न करने और नियंत्रित करने पर निर्भर करते हैं। दुनिया भर के विशेषज्ञ बुनियादी शोध से प्राप्त निष्कर्षों को क्वांटम प्रौद्योगिकियों में लागू करने का प्रयास कर रहे हैं।
कभी-कभी उन्हें विशेष गुणों वाले फोटॉन सहित व्यक्तिगत कणों की आवश्यकता होती है। हालांकि, अलग-अलग कण प्राप्त करना चुनौतीपूर्ण है और बहुत परिष्कृत तकनीकों को कॉल करता है। प्रकाश उत्पन्न करने के लिए कई अनुप्रयोगों में पहले से ही मुक्त इलेक्ट्रॉनों का उपयोग किया जाता है, जैसे कि एक्स-रे ट्यूब।
एक नए अध्ययन में, के वैज्ञानिक EPFLफोटोनिक्स और क्वांटम मापन की प्रयोगशाला, गोटिंगेन मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर मल्टीडिसिप्लिनरी साइंसेज (एमपीआई-एनएटी), और यूनिवर्सिटी ऑफ गॉटिंगेन ने जोड़ी राज्यों के रूप में मुक्त इलेक्ट्रॉनों का उपयोग करके गुहा-फोटॉन उत्पन्न करने के लिए एक उपन्यास विधि प्रदर्शित की है। उन्होंने एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में एक चिप पर एकीकृत फोटोनिक सर्किट का उपयोग करके इलेक्ट्रॉन-फोटॉन जोड़े बनाए।
एक प्रयोग में, वैज्ञानिक एक अंतर्निहित एकीकृत . पर एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के बीम को पास करते हैं फोटोनिक चिप. चिप में एक माइक्रो-रिंग रेज़ोनेटर और ऑप्टिकल फाइबर आउटपुट पोर्ट होते हैं। यह नया दृष्टिकोण एमपीआई-एनएटी में किए गए ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (टीईएम) प्रयोगों के लिए ईपीएफएल में निर्मित फोटोनिक संरचनाओं का उपयोग करता है।
जब भी कोई इलेक्ट्रॉन रिंग रेज़ोनेटर के निर्वात अपवर्तन क्षेत्र के साथ इंटरैक्ट करता है तो एक फोटॉन का उत्पादन किया जा सकता है। इलेक्ट्रॉन a . की ऊर्जा मात्रा खो देता है एकल फोटॉन इस प्रक्रिया में ऊर्जा और संवेग संरक्षण सिद्धांतों का पालन करते हुए। इस अंतःक्रिया के परिणामस्वरूप प्रणाली एक जोड़ी अवस्था में विकसित होती है। वैज्ञानिकों ने इलेक्ट्रॉन ऊर्जा और उत्पादित फोटॉनों का सटीक एक साथ पता लगाया, जो एक नव निर्मित माप तकनीक द्वारा संभव बनाया गया, अंतर्निहित इलेक्ट्रॉन-फोटॉन जोड़ी राज्यों का पता चला।
एकल कण स्तर पर पहली बार इस प्रक्रिया को देखने के अलावा, ये निष्कर्ष एकल-फोटॉन या इलेक्ट्रॉन उत्पन्न करने के लिए एक उपन्यास अवधारणा को लागू करते हैं। विशेष रूप से, जोड़ी राज्य का माप हेराल्ड कण स्रोतों को सक्षम बनाता है, जहां एक कण का पता लगाने से दूसरे की पीढ़ी का संकेत मिलता है। क्वांटम प्रौद्योगिकी में कई अनुप्रयोगों के लिए यह आवश्यक है और इसके बढ़ते टूलसेट में जोड़ता है।
MPI-NAT के निदेशक क्लॉस रोपर्स ने कहा, "विधि इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में आकर्षक नई संभावनाओं को खोलती है। क्वांटम ऑप्टिक्स के क्षेत्र में, उलझे हुए फोटॉन जोड़े पहले से ही इमेजिंग में सुधार करते हैं। हमारे काम से, ऐसी अवधारणाओं को अब इलेक्ट्रॉनों के साथ खोजा जा सकता है।"
प्रयोग में, वैज्ञानिकों ने फोटोनिक मोड इमेजिंग के लिए उत्पन्न सहसंबद्ध इलेक्ट्रॉन-फोटॉन जोड़े का उपयोग किया। वे परिमाण के विपरीत वृद्धि के तीन-क्रम प्राप्त करने में सक्षम थे।
ईपीएफएल में पोस्टडॉक और अध्ययन के सह-प्रमुख लेखक डॉ युजिया यांग कहते हैं: "हम मानते हैं कि हमारे काम का उपयोग करके इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में भविष्य के विकास पर काफी प्रभाव पड़ता है।" क्वांटम प्रौद्योगिकी की शक्ति".
ईपीएफएल के प्रोफेसर और फोटोनिक्स और क्वांटम मापन प्रयोगशाला के प्रमुख टोबीस किपेनबर्ग ने कहा, "भविष्य की क्वांटम तकनीक के लिए एक विशेष चुनौती यह है कि विभिन्न भौतिक प्रणालियों को कैसे इंटरफ़ेस किया जाए। पहली बार, हम के टूलबॉक्स में मुक्त इलेक्ट्रॉन लाते हैं क्वांटम जानकारी विज्ञान। अधिक व्यापक रूप से, एकीकृत फोटोनिक्स का उपयोग करके मुक्त इलेक्ट्रॉनों और प्रकाश को युग्मित करने से हाइब्रिड क्वांटम प्रौद्योगिकियों के एक नए वर्ग का रास्ता खुल सकता है।"
अध्ययन मुक्त-इलेक्ट्रॉन क्वांटम ऑप्टिक्स के वर्तमान में उभरते हुए क्षेत्र को जन्म दे सकता है। यह घटना-आधारित और फोटॉन-गेटेड इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी और इमेजिंग के लिए एक शक्तिशाली प्रयोगात्मक मंच भी प्रदर्शित कर सकता है।
गुआन्हो हुआंग, एक पीएच.डी. ईपीएफएल के छात्र और अध्ययन के सह-प्रमुख लेखक, कहा, "हमारा काम इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में क्वांटम ऑप्टिक्स अवधारणाओं का उपयोग करने के लिए एक महत्वपूर्ण कदम का प्रतिनिधित्व करता है। हम आगे भविष्य की दिशाओं जैसे इलेक्ट्रॉन-हेराल्ड विदेशी फोटोनिक राज्यों और इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी में शोर में कमी का पता लगाने की योजना बना रहे हैं।
जर्नल संदर्भ:
- आर्मिन फीस्ट, गुआनहाओ हुआंग, एट अल। गुहा-मध्यस्थ इलेक्ट्रॉन-फोटॉन जोड़े। विज्ञान, 377 (6607), 777-780। डीओआई: 10.1126/विज्ञान.abo5037
