Sự vướng víu lượng tử của một electron tự do với một photon đã được các nhà nghiên cứu ở Đức và Thụy Sĩ đạt được. Đội, dẫn đầu bởi Armin Feist tại Viện Khoa học Đa ngành Max Planck, đã đạt được kỳ tích nhờ thiết lập thí nghiệm mới, kết hợp các yếu tố của quang tử và kính hiển vi điện tử.
Sự vướng víu trong cơ học lượng tử xảy ra khi hai hoặc nhiều hạt được mô tả bởi một trạng thái lượng tử duy nhất – khiến các hạt có mối quan hệ gần gũi hơn nhiều so với mức mà vật lý cổ điển cho phép.
Trong lĩnh vực công nghệ lượng tử đang phát triển nhanh chóng, khả năng thiết lập sự vướng víu giữa các hạt thường rất quan trọng. Một ứng dụng đặc biệt quan trọng của hiện tượng vướng víu là “báo trước” theo đó việc phát hiện một hạt trong một cặp vướng víu cho biết rằng hạt kia sẵn sàng sử dụng trong một mạch lượng tử.
Cặp lai
Các hạt vướng víu không nhất thiết phải giống hệt nhau, và một loại công nghệ lượng tử lai mới đang xuất hiện dựa trên các cặp hạt khác nhau bị vướng víu – ví dụ như photon và electron. Tuy nhiên, việc phát triển các cách thực tế để giải quyết các cặp lai vướng víu vẫn là một thách thức.
Feist và các đồng nghiệp đã giải quyết vấn đề này bằng cách tạo ra một thiết lập thử nghiệm mới có bộ cộng hưởng vi quang học hình vòng được đặt trên một con chip quang tử. Sử dụng kính hiển vi điện tử, các nhà nghiên cứu cũng tạo ra một chùm electron năng lượng cao truyền tiếp tuyến với chiếc nhẫn. Khi chúng đi qua vòng, các electron tương tác với trường biến thiên của bộ vi cộng hưởng. Điều này dẫn đến việc tạo ra các photon trong vòng. Điều quan trọng là mỗi photon mới này bị vướng víu với một electron trong chùm tia. Những photon này sau đó được tách ra khỏi vòng bằng sợi quang học.
Để kiểm tra thiết lập của họ, nhóm của Feist đã thu thập các electron và photon tương ứng của chúng trong các máy dò riêng biệt, sau đó đo sự trùng khớp giữa các trạng thái lượng tử của chúng. Như họ hy vọng, máy dò đã xác nhận rằng các cặp electron-photon đã trở nên vướng víu trong quá trình tương tác.
Phương pháp chưng cất tăng cường sự vướng víu lượng tử trong một cặp photon đơn lẻ
Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng kỹ thuật của họ có thể truyền cảm hứng cho những đổi mới trong kính hiển vi điện tử. Thông qua báo trước, nó có thể cho phép các nhà nghiên cứu thăm dò sự tương tác giữa các chùm electron và các mẫu ở cấp độ nguyên tử bằng cách nghiên cứu tác động của sự tương tác lên các photon bị vướng víu. Những photon này sẽ dễ đo trực tiếp hơn nhiều so với các electron – và điều này có thể nâng cao độ nhạy và khả năng chụp ảnh của kính hiển vi điện tử.
Nói rộng hơn, cách tiếp cận của họ có thể mở rộng bộ công cụ của khoa học thông tin lượng tử để bao gồm các electron tự do – có khả năng mở ra những khả năng mới cho những đổi mới trong điện toán lượng tử và truyền thông.
Nghiên cứu được mô tả trong Khoa học.
