Nova kvantna tehnologija združuje proste elektrone in fotone

Nova tecnologia quântica combina elétrons e fótons livres

Kvantne informacije, komunikacija in zaznavanje so odvisni od ustvarjanja in nadzora kvantnih korelacij v komplementarnih stopnjah svobode. Strokovnjaki po vsem svetu skušajo dosežke osnovnih raziskav implementirati v kvantne tehnologije.

Včasih zahtevajo posamezne delce, vključno s fotoni s posebnimi lastnostmi. Vendar pa je pridobivanje posameznih delcev izziv in zahteva zelo sofisticirane tehnike. Prosti elektroni se že uporabljajo v mnogih aplikacijah za proizvodnjo svetlobe, kot so rentgenske cevi.

V novi študiji znanstveniki iz Laboratorija za fotoniko in kvantne meritve EPFL, Inštituta Maxa Plancka za multidisciplinarne znanosti Göttingen (MPI-NAT) in Univerze v Göttingenu prikazujejo novo metodo za ustvarjanje fotonov v votlini z uporabo prostih elektronov v obliki para države. Ustvarili so elektronsko-fotonske pare z uporabo fotonskih vezij, integriranih v čip v elektronskem mikroskopu.

V enem poskusu znanstveniki pošljejo žarek elektronskega mikroskopa na integriran fotonski čip. Čip je sestavljen iz mikroobročnega resonatorja in izhodnih vrat za optična vlakna. Ta novi pristop uporablja fotonske strukture, izdelane v EPFL, za poskuse transmisijskega elektronskega mikroskopa (TEM), ki se izvajajo v MPI-NAT.

optical chipoptical chipoptical chip

Optični čip z obročastim shranjevanjem svetlobe, imenovan mikroobročast resonator, in sklopko za optična vlakna. Čip je širok le tri milimetre, resonatorski obroč na njegovi konici pa ima polmer 0,114 milimetra. © Armin Feist / Inštitut Maxa Plancka za multidisciplinarne znanosti

Foton lahko nastane vsakič, ko elektron interagira z evanescentnim vakuumskim poljem obročnega resonatorja. Elektron v tem procesu izgubi količino energije enega samega fotona ob upoštevanju načel ohranjanja energije in gibalne količine. Sistem se zaradi te interakcije razvije v stanje para. Hkratno natančno zaznavanje energije elektronov in fotonov, ki so jih proizvedli znanstveniki, kar je omogočila na novo ustvarjena merilna tehnika, je razkrilo osnovna stanja para elektron-foton.

Poleg tega, da so ta proces prvič opazovali na ravni enega delca, te ugotovitve izvajajo nov koncept za generiranje enega fotona ali elektrona. Natančneje, merjenje stanja parov omogoča napovedane vire delcev, kjer zaznavanje enega delca signalizira nastanek drugega. To je potrebno za številne aplikacije v kvantni tehnologiji in prispeva k naraščajočemu naboru orodij.

Claus Ropers, direktor MPI-NAT, je dejal,

»Metoda odpira fascinantne nove možnosti v elektronski mikroskopiji. Na področju kvantne optike zapleteni fotonski pari že izboljšajo sliko. Z našim delom lahko takšne koncepte zdaj raziskujemo z elektroni.«

V poskusu so znanstveniki uporabili korelirane elektrone, ki so jih ustvarili pari fotonov, da bi ustvarili slike v fotonskem načinu. Dosegli so izboljšanje kontrasta za tri velikosti.

dr. Yujia Yang, podoktorica na EPFL in soglavna avtorica študije, dodaja: "Verjamemo, da ima naše delo znaten vpliv na prihodnji razvoj mikroskopije z izkoriščanjem moči kvantne tehnologije."

Tobias Kippenberg, profesor na EPFL in vodja laboratorija za fotoniko in kvantne meritve, je dejal,

»Poseben izziv za prihodnjo kvantno tehnologijo je, kako komunicirati z različnimi fizičnimi sistemi. Prvič prinašamo proste elektrone v orodje kvantne informacijske znanosti. V širšem smislu bi povezovanje prostih elektronov in svetlobe z integrirano fotoniko lahko utrlo pot novemu razredu hibridnih kvantnih tehnologij.«

Študija bi lahko vodila do nastajajočega področja kvantne optike prostih elektronov. Lahko bi tudi prikazal močno eksperimentalno platformo za fotonsko nadzorovano elektronsko spektroskopijo in slikanje, ki temelji na dogodkih.

Guanhao Huang, dr. Študent EPFL in so-avtor študije je dejal: "Naše delo predstavlja kritičen korak k uporabi konceptov kvantne optike v elektronski mikroskopiji. Načrtujemo raziskovanje drugih prihodnjih smeri, kot so eksotična fotonska stanja, ki jih napovedujejo elektroni, in zmanjšanje hrupa v elektronski mikroskopiji.«

  • Referenca revije:
    1. Armin Feist, Guanhao Huang, et al. Pari elektron-foton posredovani z votlino. Znanost, 377 (6607), 777-780. DOI: 10.1126/science.abo5037
  • Nazadnje posodobil 05. 09. 2022 avtor najboljši posrednikihttps://forexdigital.net

    Oceni to objavo

    Sorodne objave

    Leave a comment

    WhatsApp
    Reddit
    FbMessenger
    napaka: