電子顯微鏡下首次成功創(chuàng)建電子—光子對(duì)
將自由電子納入“量子信息科學(xué)工具箱”
科技日?qǐng)?bào)訊 (記者張夢(mèng)然)來(lái)自德國(guó)和瑞士的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)首次在電子顯微鏡中以可控方式成功創(chuàng)建了電子—光子對(duì)。這一發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的新方法，可同時(shí)生成兩個(gè)成對(duì)的粒子，且能夠精確地檢測(cè)到所涉及的粒子。該研究結(jié)果擴(kuò)展了量子技術(shù)的工具箱。
世界各地的科學(xué)家都在嘗試將基礎(chǔ)研究的成果應(yīng)用到量子技術(shù)中。為此，通常需要具有定制特性的單個(gè)粒子。
德國(guó)馬克斯普朗克研究所(MPI)、哥廷根大學(xué)和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)成功地在電子顯微鏡中耦合單個(gè)自由電子和光子。在哥廷根大學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，來(lái)自電子顯微鏡的光束穿過(guò)由瑞士團(tuán)隊(duì)制造的集成光學(xué)芯片。該芯片由一個(gè)光纖耦合器和一個(gè)環(huán)形諧振器組成，該諧振器通過(guò)將移動(dòng)的光子保持在圓形路徑上來(lái)存儲(chǔ)光。
MPI科學(xué)家阿明·菲斯特解釋說(shuō)，當(dāng)一個(gè)電子在最初的空諧振器上散射時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)光子。在這個(gè)過(guò)程中，電子損失的能量正好是光子在諧振器中從無(wú)到有創(chuàng)造出來(lái)所需的能量。結(jié)果，這兩個(gè)粒子通過(guò)它們的相互作用耦合成一對(duì)。通過(guò)改進(jìn)測(cè)量方法，物理學(xué)家可精確地檢測(cè)所涉及的單個(gè)粒子及其表現(xiàn)。
研究人員強(qiáng)調(diào)，使用電子—光子對(duì)，只需要測(cè)量一個(gè)粒子即可獲得有關(guān)第二個(gè)粒子的能量和時(shí)間的信息，這使得研究人員可在實(shí)驗(yàn)中使用一個(gè)量子粒子，同時(shí)通過(guò)檢測(cè)另一個(gè)粒子來(lái)確認(rèn)它的存在。這對(duì)于量子技術(shù)的許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)都十分必要。
研究人員將電子—光子對(duì)視為量子研究的新機(jī)遇。該方法為電子顯微鏡開辟了吸引人的新用途。在量子光學(xué)領(lǐng)域，糾纏光子對(duì)已經(jīng)改善了成像。通過(guò)該項(xiàng)工作，可用電子來(lái)探索這些概念。研究人員稱，這是第一次將自由電子納入了量子信息科學(xué)的工具箱。更廣泛地說(shuō)，使用集成光子耦合自由電子和光，可為新型混合量子技術(shù)開辟道路。