德国和瑞士的研究人员已经实现了自由电子与光子的量子纠缠。 团队，由 阿明·费斯特 在马克斯普朗克多学科科学研究所，使用一种新的实验装置实现了这一壮举，该装置结合了光子学和电子显微镜的元素。
当两个或多个粒子被一个量子态描述时，量子力学中的纠缠就会发生——这使得粒子之间的关系比经典物理学所允许的要密切得多。
在快速发展的量子技术领域，建立粒子之间纠缠的能力通常至关重要。 纠缠的一个特别重要的应用是“预示”，即在纠缠对中检测到一个粒子表明另一个粒子可用于量子电路。
混合对
纠缠粒子不需要完全相同，一类新的混合量子技术正在出现，它依赖于不同粒子的纠缠对——例如光子和电子。 然而，开发纠缠杂种对的实用方法仍然是一个挑战。
Feist 及其同事通过创建一个新的实验装置来解决这个问题，该装置具有放置在光子芯片上的环形光学微谐振器。 使用电子显微镜，研究人员还创造了一束高能电子束，它与环相切。 当它们通过环时，电子与微谐振器的渐逝场相互作用。 这导致在环内产生光子。 至关重要的是，这些新光子中的每一个都与光束中的一个电子纠缠在一起。 然后使用光纤从环中提取这些光子。
为了测试他们的设置，Feist 的团队在单独的探测器中收集了电子及其相应的光子，然后测量了它们的量子态之间的重合性。 正如他们所希望的那样，探测器证实电子-光子对在相互作用过程中已经纠缠在一起。
蒸馏方法加强了一对光子中的量子纠缠
该团队希望他们的技术能够激发电子显微镜的创新。 通过预示，它可以让研究人员通过研究相互作用对纠缠光子的影响来探测电子束和原子级样品之间的相互作用。 这些光子比电子更容易直接测量——这可以提高电子显微镜的灵敏度和成像能力。
更广泛地说，他们的方法可以将量子信息科学的工具包扩展到包括自由电子——这可能为量子计算和通信的创新开辟新的可能性。
该研究描述于 科学.
