ההסתבכות הקוונטית של אלקטרון חופשי עם פוטון הושגה על ידי חוקרים בגרמניה ובשווייץ. הצוות, בראשות ארמין פייסט במכון מקס פלנק למדעים רב-תחומיים, השיג את ההישג באמצעות מערך ניסוי חדש, המשלב אלמנטים של פוטוניקה ומיקרוסקופיה אלקטרונית.
הסתבכות במכניקת הקוונטים מתרחשת כאשר שני חלקיקים או יותר מתוארים על ידי מצב קוונטי בודד - מה שמעניק לחלקיקים קשר הדוק הרבה יותר ממה שמאפשר הפיזיקה הקלאסית.
בתחום הצומח במהירות של טכנולוגיה קוונטית, היכולת לבסס הסתבכות בין חלקיקים היא לעתים קרובות מכרעת. יישום אחד חשוב במיוחד של הסתבכות הוא "הכרזה" לפיו זיהוי של חלקיק אחד בזוג מסובך מצביע על כך שהחלקיק השני זמין לשימוש במעגל קוונטי.
זוגות היברידיים
חלקיקים מסתבכים אינם צריכים להיות זהים, וסוג חדש של טכנולוגיות קוונטיות היברידיות נוצרות המסתמכות על הזוגות המסובכים של חלקיקים שונים - פוטונים ואלקטרונים, למשל. עם זאת, פיתוח דרכים מעשיות לסבך זוגות היברידיים נותר אתגר.
Feist ועמיתיו טיפלו בבעיה זו על ידי יצירת מערך ניסוי חדש הכולל מיקרו-תהודה אופטי בצורת טבעת המוצב על שבב פוטוני. באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים, החוקרים יצרו גם אלומה של אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה, העוברת באופן משיק לטבעת. כשהם עוברים את הטבעת, האלקטרונים מקיימים אינטראקציה עם השדה הנעלם של המיקרו-תהודה. זה גורם ליצירת פוטונים בתוך הטבעת. באופן מכריע, כל אחד מהפוטונים החדשים הללו מסתבך באלקטרון בקרן. לאחר מכן, פוטונים אלו מופקים מהטבעת באמצעות סיב אופטי.
כדי לבדוק את ההגדרה שלהם, הצוות של פייסט אסף את האלקטרונים והפוטונים התואמים שלהם בגלאים נפרדים, ואז מדד את צירוף המקרים בין המצבים הקוונטיים שלהם. כפי שקיוו, הגלאי אישר שצמדי האלקטרון-פוטונים הסתבכו במהלך תהליך האינטראקציה.
שיטת הזיקוק מחזקת הסתבכות קוונטית בזוג בודד של פוטונים
הצוות מקווה שהטכניקה שלהם יכולה לעורר חידושים במיקרוסקופ אלקטרונים. באמצעות פרסום, זה יכול לאפשר לחוקרים לחקור את האינטראקציה בין אלומות אלקטרונים ודגימות בקנה מידה אטומי על ידי לימוד השפעות האינטראקציה על הפוטונים המסובכים. פוטונים אלה יהיו הרבה יותר קלים למדידה ישירה מאשר האלקטרונים - וזה יכול לשפר את הרגישות ואת יכולות ההדמיה של מיקרוסקופ אלקטרונים.
באופן רחב יותר, הגישה שלהם יכולה להרחיב את ערכת הכלים של מדע המידע הקוונטי כך שתכלול אלקטרונים חופשיים - שעלולה לפתוח אפשרויות חדשות לחידושים במחשוב קוונטי ובתקשורת.
המחקר מתואר ב מדע.
