Nuwe kwantumtegnologie kombineer vrye elektrone en fotone

Nova tecnologia quântica combina elétrons e fótons livres

Kwantuminligting, kommunikasie en sensasie hang af van die generering en beheer van kwantumkorrelasies in komplementêre grade van vryheid. Kenners regoor die wêreld probeer basiese navorsingsbevindinge in kwantumtegnologie implementeer.

Soms benodig hulle individuele deeltjies, insluitend fotone met spesiale eienskappe. Die verkryging van individuele deeltjies is egter 'n uitdaging en vereis baie gesofistikeerde tegnieke. Vrye elektrone word reeds in baie toepassings gebruik om lig te produseer, soos X-straalbuise.

In 'n nuwe studie demonstreer wetenskaplikes van die EPFL Photonics and Quantum Measurement Laboratory, die Max Planck Institute for Multidissiplinêre Wetenskappe Göttingen (MPI-NAT) en die Universiteit van Göttingen 'n nuwe metode om holtefotone te genereer deur vrye elektrone te gebruik, in die vorm van paar state. Hulle het elektron-foton-pare geskep deur fotoniese stroombane te gebruik wat in 'n skyfie in 'n elektronmikroskoop geïntegreer is.

In een eksperiment stuur wetenskaplikes 'n elektronmikroskoopstraal op 'n geïntegreerde fotoniese skyfie. Die skyfie bestaan ​​uit 'n mikroringresonator en optiesevesel-uitsetpoorte. Hierdie nuwe benadering gebruik fotoniese strukture wat in EPFL vervaardig is vir transmissie-elektronmikroskoop (TEM) eksperimente uitgevoer in MPI-NAT.

optical chipoptical chipoptical chip

'n Optiese skyfie met ringvormige ligberging, 'n mikroringresonator genoem, en 'n optieseveselkoppeling. Die skyfie is net drie millimeter breed en die resonatorring aan sy punt het 'n radius van 0,114 millimeter. © Armin Feist / Max Planck Instituut vir Multidissiplinêre Wetenskappe

'n Foton kan geproduseer word wanneer 'n elektron in wisselwerking tree met die verdwynende vakuumveld van die ringresonator. Die elektron verloor die kwantum van energie van 'n enkele foton in hierdie proses terwyl dit voldoen aan die beginsels van behoud van energie en momentum. Die sisteem ontwikkel in 'n paartoestand as gevolg van hierdie interaksie. Die gelyktydige akkurate opsporing van die elektronenergie en die fotone wat deur die wetenskaplikes geproduseer word, moontlik gemaak deur 'n nuutgeskepte meettegniek, het die onderliggende toestande van die elektron-fotonpaar aan die lig gebring.

Benewens die waarneming van hierdie proses vir die eerste keer op enkeldeeltjievlak, implementeer hierdie bevindinge 'n nuwe konsep vir die opwekking van 'n enkele foton of elektron. Spesifiek, paartoestandmeting maak voorsiening vir aangekondigde deeltjiebronne, waar die opsporing van een deeltjie die generering van die ander aandui. Dit is nodig vir baie toepassings in kwantumtegnologie en dra by tot die groeiende stel gereedskap.

Claus Ropers, direkteur van MPI-NAT, het gesê:

“Die metode maak fassinerende nuwe moontlikhede in elektronmikroskopie oop. Op die gebied van kwantumoptika verbeter verstrengelde fotonpare reeds die prentjie. Met ons werk kan sulke konsepte nou met elektrone ondersoek word.”

In 'n eksperiment het die wetenskaplikes die gekorreleerde elektrone gebruik wat deur fotonpare gegenereer word om beelde in fotoniese modus te genereer. Hulle was in staat om kontrasversterking van drie ordes van grootte te bereik.

Dr. Yujia Yang, postdoc by EPFL en mede-hoofskrywer van die studie, voeg by: "Ons glo dat ons werk 'n wesenlike impak op die toekomstige ontwikkeling van mikroskopie het deur die krag van kwantumtegnologie te benut."

Tobias Kippenberg, professor by EPFL en hoof van die Fotonika en Kwantummetingslaboratorium, het gesê:

"'n Besondere uitdaging vir toekomstige kwantumtegnologie is hoe om met verskillende fisiese stelsels te kommunikeer. Vir die eerste keer bring ons gratis elektrone in die kwantuminligtingwetenskap-gereedskapskis. Meer in die breë kan die koppeling van vrye elektrone en lig met behulp van geïntegreerde fotonika die weg baan vir 'n nuwe klas hibriede kwantumtegnologieë.

Die studie kan lei tot die ontluikende veld van vrye-elektron-kwantumoptika. Dit kan ook 'n kragtige eksperimentele platform vir gebeurtenisgebaseerde, fotonbeheerde elektronspektroskopie en beeldvorming demonstreer.

Guanhao Huang, Ph.D. EPFL-student en mede-hoofskrywer van die studie, het gesê: "Ons werk verteenwoordig 'n kritieke stap in die rigting van die gebruik van kwantumoptika-konsepte in elektronmikroskopie. Ons beplan om ander toekomstige rigtings te verken, soos eksotiese fotoniese toestande wat deur elektrone aangekondig word en geraasvermindering in elektronmikroskopie.”

  • Joernaalverwysing:
    1. Armin Feist, Guanhao Huang, et al. Holte-gemedieerde elektron-foton pare. Science, 377(6607), 777-780. DOI: 10.1126/science.abo5037
  • Laas opgedateer op 05/09/2022 deur Becki Fleishman

    Gradeer hierdie post

    Verwante poste

    Leave a comment

    fout: