جفتهای درهم­تنیده: در این نمایش هنرمندانه از آزمایش، باریکه­ ای از الکترونهای آزاد (زرد) از نزدیکی یک میکرو تشدیدگر حلقه ای شکل (مشکی) عبور می کند. بر هم کنش میرا بین یک الکترون و میکرو تشدیدگر، یک فوتون (فیروزه ای) ایجاد می کند که با الکترون درهم­تنیده است.

توسط پژوهشگران آلمان و سوئیس، درهم­تنیدگی کوانتومی یک الکترون آزاد با یک فوتون محقق شده است. این گروه، با هدایت آرمین فایست Armin Feist در موسسه علوم چند رشته­ای ماکس پلانک با استفاده از یک چیدمان آزمایشگاهی جدید به این دستاورد برجسته دست یافتند که مبانی فوتونیک و میکروسکوپی الکترونی را در هم می­ آمیزد.

درهم­تنیدگی در مکانیک کوانتومی زمانی اتفاق می افتد که دو یا تعداد بیشتری از ذرات با یک تک حالت کوانتومی توصیف بشوند که به ذرات اجازه ارتباط بسیار نزدیکتری را نسبت به فیزیک کلاسیک می دهد.

در زمینه­ به سرعت در حال رشدِ فناوری کوانتومی، توانایی ایجاد درهم­تنیدگی بین ذرات، اغلب ضروری است. یک کاربردِ به ویژه مهمِ درهم­تنیدگی، "خبر رسانی(heralding)" است، که به موجب آن آشکارسازی یک ذره در یک جفتِ درهم­تنیده، نشان می دهد که ذره دیگری برای استفاده در مدار کوانتومی در دسترس است.

جفتهای هیبریدی

نیازی نیست که ذرات درهم­تنیده همسان باشند و دسته بندی جدیدی از فناوری­های کوانتومی هیبریدی، در حال ظهور است که متکی بر جفتهای درهم­تنیده از ذرات مختلف می باشد- مثلا فوتونها و الکترون­ها. هر چند توسعه روش­های عملی برای درهمتنیده کردن جفت­های هیبریدی، یک چالش باقی می­ ماند.

فایست و همکارانش با ایجاد چیدمان آزمایشگاهی جدید که دارای میکرو تشدیدگر نوریِ حلقه ای شکلی است که روی یک تراشه فوتونیکی قرار گرفته، به این مساله پرداخته ­اند. این پژوهشگران همچنین با استفاده از یک میکروسکوپ الکترونی، باریکه ­ای از الکترونهای پر انرژی ایجاد کردند که به صورت مماس بر حلقه عبور می کند. هنگام عبور، الکترون­ها با میدان میرای میکرو تشدیدگر برهمکنش می­ کنند. این امر به ایجاد فوتون­هایی در حلقه منجر میشود. از همه مهم تر، هر یک از این فوتون­های جدید با یک الکترون از باریکه، درهم­تنیده است. این فوتون­ها سپس با استفاده از فیبر نوری از حلقه استخراج می شوند.

برای محک زدن این چیدمان، گروه فایست الکترون­ها و فوتون­های مربوط به آن­ها را در آشکارسازهای مجزا جمع­ آوری کردند، سپس انطباق بین حالت­های کوانتومی آن­ها را اندازه گرفتند. همان طور که آرزو داشتند، آشکار ساز تایید کرد که جفت­های الکترون-فوتون در طول فرآیند برهمکنش، درهم­تنیده شده ­اند.

این گروه امیدوار است که تکنیک آن­ها بتواند الهام بخش نوآوری در میکروسکوپ الکترونی باشد. این تکنیک می­تواند از طریق خبررسانی، به پژوهشگران اجازه دهد تا برهمکنش بین باریکه ­های الکترونی و نمونه­ های در مقیاس اتمی را با مطالعه اثرات برهمکنش روی فوتون­های درهم­تنیده بررسی کنند. این فوتون­ها به طور مستقیم، نسبت به الکترون­ها، بسیار ساده تر اندازه ­گیری میشوند و این می­تواند حساسیت و توانایی­های تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی را بهبود ببخشد.

در سطح وسیع­تر، رویکرد آن­ها می­تواند جعبه ابزار علم اطلاعات کوانتومی را توسعه دهد تا شامل الکترون­های آزاد هم باشد که به طور بالقوه امکان­ های جدیدی را برای نوآوری­ در محاسبات و ارتباطات کوانتومی فراهم می­ آورد.

جزئیات این پژوهش در مجله Science شرح داده شده است.

منبع:

New device entangles free electrons with photons

ترجمه خبر:

بهناز ساربانها