自由電子と光子の量子もつれは、ドイツとスイスの研究者によって達成されました。 率いるチームは、 アーミン・ファイスト Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences で、フォトニクスと電子顕微鏡の要素を組み合わせた新しい実験装置を使用して偉業を達成しました。
量子力学におけるエンタングルメントは、XNUMX つ以上の粒子が単一の量子状態によって記述されるときに発生します。これにより、粒子が古典物理学よりもはるかに密接な関係になります。
急速に成長している量子技術の分野では、粒子間のエンタングルメントを確立する能力がしばしば重要になります。 エンタングルメントの特に重要なアプリケーションの XNUMX つは「ヘラルディング」です。エンタングルされたペアの XNUMX つの粒子の検出は、もう一方の粒子が量子回路で使用できることを示します。
ハイブリッド ペア
絡み合った粒子は同一である必要はありません。たとえば、光子と電子などの異なる粒子の絡み合ったペアに依存する、新しいクラスのハイブリッド量子技術が出現しています。 ただし、雑種のペアを絡ませる実用的な方法を開発することは、依然として課題です。
Feist と同僚は、フォトニック チップ上に配置されたリング状の光微小共振器を備えた新しい実験装置を作成することで、この問題に対処しました。 電子顕微鏡を使用して、研究者はリングに接線方向に通過する高エネルギー電子のビームも作成しました。 電子がリングを通過すると、電子は微小共振器のエバネッセント場と相互作用します。 これにより、リング内に光子が作成されます。 重要なのは、これらの新しい光子のそれぞれがビーム内の電子と絡み合っていることです。 これらの光子は、光ファイバーを使用してリングから抽出されます。
セットアップをテストするために、Feist のチームは、電子とそれに対応する光子を別々の検出器で収集し、それらの量子状態間の一致を測定しました。 彼らが望んでいたように、検出器は電子と光子のペアが相互作用プロセス中に絡み合っていることを確認しました。
蒸留法は、XNUMX対の光子における量子もつれを強化します
チームは、彼らの技術が電子顕微鏡の革新を刺激することを望んでいます。 予告を通じて、絡み合った光子に対する相互作用の影響を研究することにより、研究者は電子ビームと原子スケールのサンプル間の相互作用を調べることができます。 これらの光子は、電子よりも直接測定する方がはるかに簡単であり、これにより、電子顕微鏡の感度とイメージング機能が向上する可能性があります。
より広くは、彼らのアプローチは、量子情報科学のツールキットを拡張して自由電子を含めることができ、量子コンピューティングと通信におけるイノベーションの新しい可能性を開く可能性があります。
研究はで説明されています 科学.
