L'entanglement quantistico di un elettrone libero con un fotone è stato ottenuto da ricercatori in Germania e Svizzera. La squadra, guidata da Armin Feist presso il Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences, ha ottenuto l'impresa utilizzando una nuova configurazione sperimentale, che combina elementi di fotonica e microscopia elettronica.
L'entanglement nella meccanica quantistica si verifica quando due o più particelle sono descritte da un singolo stato quantistico, dando alle particelle una relazione molto più stretta di quella consentita dalla fisica classica.
Nel campo in rapida crescita della tecnologia quantistica, la capacità di stabilire l'entanglement tra le particelle è spesso cruciale. Un'applicazione particolarmente importante dell'entanglement è "araldo", per cui il rilevamento di una particella in una coppia entangled indica che l'altra particella è disponibile per l'uso in un circuito quantistico.
Coppie ibride
Non è necessario che le particelle entangled siano identiche e sta emergendo una nuova classe di tecnologie quantistiche ibride che si basano su coppie entangled di particelle diverse, ad esempio fotoni ed elettroni. Tuttavia, lo sviluppo di modi pratici per intrappolare le coppie ibride rimane una sfida.
Feist e colleghi hanno affrontato questo problema creando una nuova configurazione sperimentale che presenta un microrisuonatore ottico a forma di anello posizionato su un chip fotonico. Utilizzando un microscopio elettronico, i ricercatori hanno anche creato un fascio di elettroni ad alta energia, che passa tangenzialmente all'anello. Mentre attraversano l'anello, gli elettroni interagiscono con il campo evanescente del microrisonatore. Ciò si traduce nella creazione di fotoni all'interno dell'anello. Fondamentalmente, ciascuno di questi nuovi fotoni è entangled con un elettrone nel raggio. Questi fotoni vengono quindi estratti dall'anello utilizzando una fibra ottica.
Per testare la loro configurazione, il team di Feist ha raccolto gli elettroni ei fotoni corrispondenti in rivelatori separati, quindi ha misurato la coincidenza tra i loro stati quantistici. Come speravano, il rivelatore ha confermato che le coppie elettrone-fotone si erano impigliate durante il processo di interazione.
Il metodo di distillazione rafforza l'entanglement quantistico in una singola coppia di fotoni
Il team spera che la loro tecnica possa ispirare innovazioni nella microscopia elettronica. Attraverso l'annuncio, potrebbe consentire ai ricercatori di sondare l'interazione tra fasci di elettroni e campioni su scala atomica studiando gli effetti dell'interazione sui fotoni entangled. Questi fotoni sarebbero molto più facili da misurare direttamente rispetto agli elettroni e ciò potrebbe migliorare la sensibilità e le capacità di imaging della microscopia elettronica.
Più in generale, il loro approccio potrebbe estendere il kit di strumenti della scienza dell'informazione quantistica per includere gli elettroni liberi, aprendo potenzialmente nuove possibilità per innovazioni nell'informatica e nelle comunicazioni quantistiche.
La ricerca è descritta in Scienze.
