Încurcarea cuantică a unui electron liber cu un foton a fost realizată de cercetători din Germania și Elveția. Echipa, condusă de Armin Feist la Institutul Max Planck pentru Științe Multidisciplinare, a realizat isprava folosind o nouă configurație experimentală, care combină elemente de fotonică și microscopie electronică.
Încrucișarea în mecanica cuantică are loc atunci când două sau mai multe particule sunt descrise de o singură stare cuantică - dând particulelor o relație mult mai strânsă decât este permisă de fizica clasică.
În domeniul în creștere rapidă al tehnologiei cuantice, capacitatea de a stabili încâlcirea între particule este adesea crucială. O aplicație deosebit de importantă a încurcăturii este „vestirea”, prin care detectarea unei particule într-o pereche încurcată indică faptul că cealaltă particulă este disponibilă pentru utilizare într-un circuit cuantic.
Perechi hibride
Particulele încurcate nu trebuie să fie identice, iar o nouă clasă de tehnologii cuantice hibride se bazează pe perechile de particule diferite – fotoni și electroni, de exemplu. Cu toate acestea, dezvoltarea unor modalități practice de încurcare a perechilor hibride rămâne o provocare.
Feist și colegii săi au abordat această problemă creând o nouă configurație experimentală care include un microrezonator optic în formă de inel care este plasat pe un cip fotonic. Folosind un microscop electronic, cercetătorii au creat și un fascicul de electroni de înaltă energie, care trece tangențial la inel. Pe măsură ce trec prin inel, electronii interacționează cu câmpul evanescent al microrezonatorului. Acest lucru are ca rezultat crearea de fotoni în inel. În mod crucial, fiecare dintre acești fotoni noi este încurcat cu un electron în fascicul. Acești fotoni sunt apoi extrași din inel folosind o fibră optică.
Pentru a testa configurația lor, echipa lui Feist a colectat electronii și fotonii corespunzători lor în detectoare separate, apoi a măsurat coincidența dintre stările lor cuantice. După cum sperau, detectorul a confirmat că perechile electron-fotoni s-au încurcat în timpul procesului de interacțiune.
Metoda de distilare întărește întricarea cuantică într-o singură pereche de fotoni
Echipa speră că tehnica lor ar putea inspira inovații în microscopia electronică. Prin prevestire, ar putea permite cercetătorilor să probeze interacțiunea dintre fasciculele de electroni și mostrele la scară atomică, studiind efectele interacțiunii asupra fotonilor încurși. Acești fotoni ar fi mult mai ușor de măsurat direct decât electronii - și acest lucru ar putea îmbunătăți sensibilitatea și capacitățile de imagistică ale microscopiei electronice.
Mai larg, abordarea lor ar putea extinde setul de instrumente al științei informației cuantice pentru a include electroni liberi – potențial deschizând noi posibilități pentru inovații în calculul cuantic și comunicații.
Cercetarea este descrisă în Ştiinţă.
