อุปกรณ์ใหม่เข้าไปพัวพันกับอิเล็กตรอนอิสระด้วยโฟตอน

นักวิจัยในเยอรมนีและสวิตเซอร์แลนด์ประสบความสำเร็จในการพัวพันควอนตัมของอิเล็กตรอนอิสระกับโฟตอน นำทีมโดย อาร์มิน เฟสต์ ที่ Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences ประสบความสำเร็จโดยใช้การตั้งค่าการทดลองใหม่ซึ่งรวมองค์ประกอบของโฟโตนิกส์และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

ความยุ่งเหยิงในกลศาสตร์ควอนตัมเกิดขึ้นเมื่ออนุภาคตั้งแต่สองอนุภาคขึ้นไปได้รับการอธิบายโดยสถานะควอนตัมเดียว ทำให้อนุภาคมีความสัมพันธ์ที่ใกล้ชิดกว่าที่ฟิสิกส์คลาสสิกอนุญาต

ในสาขาเทคโนโลยีควอนตัมที่เติบโตอย่างรวดเร็ว ความสามารถในการสร้างความพัวพันระหว่างอนุภาคมักจะมีความสำคัญ การประยุกต์ใช้สิ่งพัวพันที่สำคัญเป็นพิเศษอย่างหนึ่งคือ "การประกาศ" โดยที่การตรวจจับอนุภาคหนึ่งในคู่ที่พันกันบ่งชี้ว่าอนุภาคอื่นพร้อมใช้งานในวงจรควอนตัม

คู่ไฮบริด

อนุภาคที่พันกันไม่จำเป็นต้องเหมือนกัน และเทคโนโลยีควอนตัมแบบไฮบริดประเภทใหม่กำลังเกิดขึ้นซึ่งอาศัยคู่ที่พันกันของอนุภาคต่างๆ เช่น โฟตอนและอิเล็กตรอน เป็นต้น อย่างไรก็ตาม การพัฒนาวิธีการพันกันของคู่ลูกผสมในทางปฏิบัติยังคงเป็นความท้าทาย

Feist และเพื่อนร่วมงานได้แก้ไขปัญหานี้ด้วยการสร้างการตั้งค่าการทดลองใหม่ที่มีไมโครเรโซเนเตอร์แบบออปติคอลรูปวงแหวนซึ่งวางอยู่บนชิปโทนิค นักวิจัยยังใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสร้างลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูงซึ่งผ่านแนวสัมผัสกับวงแหวน เมื่อผ่านวงแหวนไป อิเล็กตรอนจะทำปฏิกิริยากับสนามที่หายไปของไมโครเรโซเนเตอร์ ส่งผลให้มีการสร้างโฟตอนภายในวงแหวน ที่สำคัญก็คือ โฟตอนใหม่แต่ละอันจะพันกันกับอิเล็กตรอนในลำแสง โฟตอนเหล่านี้จะถูกแยกออกจากวงแหวนโดยใช้ใยแก้วนำแสง

เพื่อทดสอบการตั้งค่า ทีมของ Feist ได้รวบรวมอิเล็กตรอนและโฟตอนที่เกี่ยวข้องในเครื่องตรวจจับที่แยกจากกัน จากนั้นจึงวัดความบังเอิญระหว่างสถานะควอนตัมของพวกมัน อย่างที่หวังไว้ เครื่องตรวจจับยืนยันว่าคู่อิเล็กตรอน-โฟตอนพันกันระหว่างกระบวนการปฏิสัมพันธ์

ทีมงานหวังว่าเทคนิคของพวกเขาจะเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดนวัตกรรมในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน การประกาศนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถตรวจสอบปฏิสัมพันธ์ระหว่างลำแสงอิเล็กตรอนกับตัวอย่างระดับอะตอมได้โดยศึกษาผลกระทบของปฏิสัมพันธ์ที่มีต่อโฟตอนที่พันกัน โฟตอนเหล่านี้จะวัดโดยตรงได้ง่ายกว่าอิเล็กตรอนมาก และสิ่งนี้จะช่วยเพิ่มความไวและความสามารถในการถ่ายภาพของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

ในวงกว้างมากขึ้น แนวทางของพวกเขาสามารถขยายชุดเครื่องมือของวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัมเพื่อรวมอิเลคตรอนอิสระ ซึ่งอาจเปิดโอกาสใหม่สำหรับนวัตกรรมในการคำนวณควอนตัมและการสื่อสาร

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน วิทยาศาสตร์.