Kvantno prepletenost prostega elektrona s fotonom so dosegli raziskovalci v Nemčiji in Švici. Ekipa, ki jo vodi Armin Feist na Inštitutu Maxa Plancka za multidisciplinarne znanosti dosegel podvig z uporabo nove eksperimentalne postavitve, ki združuje elemente fotonike in elektronske mikroskopije.
Zaplet v kvantni mehaniki se zgodi, ko sta dva ali več delcev opisana z enim samim kvantnim stanjem – kar daje delcem veliko tesnejši odnos, kot to dovoljuje klasična fizika.
Na hitro rastočem področju kvantne tehnologije je sposobnost vzpostavitve prepletenosti med delci pogosto ključna. Ena posebej pomembna uporaba prepletenosti je "oznanjevanje", pri čemer zaznavanje enega delca v zapletenem paru kaže, da je drugi delec na voljo za uporabo v kvantnem vezju.
Hibridni pari
Ni nujno, da so zapleteni delci identični in pojavlja se nov razred hibridnih kvantnih tehnologij, ki temeljijo na zapletenih parih različnih delcev – na primer fotonov in elektronov. Vendar razvoj praktičnih načinov zapletanja hibridnih parov ostaja izziv.
Feist in sodelavci so to težavo rešili tako, da so ustvarili novo eksperimentalno postavitev, ki ima obročasti optični mikroresonator, ki je nameščen na fotonskem čipu. Z uporabo elektronskega mikroskopa so raziskovalci ustvarili tudi žarek visokoenergijskih elektronov, ki prehaja tangencialno na obroč. Ko gredo skozi obroč, elektroni medsebojno delujejo z evanescentnim poljem mikroresonatorja. Posledica tega je ustvarjanje fotonov znotraj obroča. Bistveno je, da je vsak od teh novih fotonov zapleten z elektronom v žarku. Ti fotoni se nato ekstrahirajo iz obroča z optičnim vlaknom.
Da bi preizkusili svojo nastavitev, je Feistova ekipa zbrala elektrone in njihove ustrezne fotone v ločenih detektorjih, nato pa izmerila sovpadanje med njihovimi kvantnimi stanji. Kot so upali, je detektor potrdil, da so se med procesom interakcije pari elektron-foton zapletli.
Metoda destilacije krepi kvantno prepletenost v enem samem paru fotonov
Ekipa upa, da bi njihova tehnika lahko navdihnila inovacije v elektronski mikroskopiji. Skozi napovedovanje bi lahko raziskovalcem omogočilo, da preizkusijo interakcijo med elektronskimi žarki in vzorci na atomskem merilu s preučevanjem učinkov interakcije na zapletene fotone. Te fotone bi bilo veliko lažje meriti neposredno kot elektrone – in to bi lahko povečalo občutljivost in slikovne zmogljivosti elektronske mikroskopije.
V širšem smislu bi lahko njihov pristop razširil nabor orodij kvantne informacijske znanosti, da bi vključeval proste elektrone – potencialno bi odprl nove možnosti za inovacije v kvantnem računalništvu in komunikacijah.
Raziskava je opisana v Znanost.
