Keterikatan kuantum elektron bebas dengan foton telah dicapai oleh para peneliti di Jerman dan Swiss. Tim yang dipimpin oleh Armin Feist di Institut Max Planck untuk Ilmu Multidisiplin, mencapai prestasi tersebut menggunakan pengaturan eksperimental baru, yang menggabungkan elemen fotonik dan mikroskop elektron.
Keterikatan dalam mekanika kuantum terjadi ketika dua atau lebih partikel dijelaskan oleh keadaan kuantum tunggal – memberikan partikel-partikel tersebut hubungan yang lebih dekat daripada yang diperbolehkan oleh fisika klasik.
Dalam bidang teknologi kuantum yang berkembang pesat, kemampuan untuk membangun keterjeratan antar partikel seringkali sangat penting. Salah satu aplikasi yang sangat penting dari keterjeratan adalah “pemberitaan” dimana deteksi satu partikel dalam pasangan terjerat menunjukkan bahwa partikel lain tersedia untuk digunakan dalam sirkuit kuantum.
Pasangan hibrida
Partikel terjerat tidak harus identik, dan kelas baru teknologi kuantum hibrida muncul yang mengandalkan pasangan terjerat dari partikel berbeda – foton dan elektron, misalnya. Namun, mengembangkan cara-cara praktis untuk melibatkan pasangan hibrida tetap menjadi tantangan.
Feist dan rekan telah mengatasi masalah ini dengan membuat pengaturan eksperimental baru yang menampilkan mikroresonator optik berbentuk cincin yang ditempatkan pada chip fotonik. Menggunakan mikroskop elektron, para peneliti juga menciptakan seberkas elektron berenergi tinggi, yang lewat secara tangensial ke cincin. Saat mereka melewati cincin, elektron berinteraksi dengan bidang cepat berlalu dari ingatan mikroresonator. Ini menghasilkan penciptaan foton di dalam cincin. Yang terpenting, masing-masing foton baru ini terjerat dengan elektron dalam berkas. Foton ini kemudian diekstraksi dari cincin menggunakan serat optik.
Untuk menguji pengaturan mereka, tim Feist mengumpulkan elektron dan foton yang sesuai dalam detektor terpisah, kemudian mengukur kebetulan antara keadaan kuantum mereka. Seperti yang mereka harapkan, detektor mengkonfirmasi bahwa pasangan elektron-foton telah terjerat selama proses interaksi.
Metode distilasi memperkuat belitan kuantum dalam satu pasang foton
Tim berharap teknik mereka dapat menginspirasi inovasi dalam mikroskop elektron. Melalui pemberitaan, itu dapat memungkinkan para peneliti untuk menyelidiki interaksi antara berkas elektron dan sampel skala atom dengan mempelajari efek interaksi pada foton yang terjerat. Foton ini akan jauh lebih mudah diukur secara langsung daripada elektron – dan ini dapat meningkatkan sensitivitas dan kemampuan pencitraan mikroskop elektron.
Secara lebih luas, pendekatan mereka dapat memperluas perangkat ilmu informasi kuantum untuk memasukkan elektron bebas – berpotensi membuka kemungkinan baru untuk inovasi dalam komputasi dan komunikasi kuantum.
Penelitian tersebut dijelaskan dalam Ilmu.
