Splątanie kwantowe to rodzaj korelacji kwantowej co najmniej dwóch układów kwantowych. Stan takiego układu (całego) jest lepiej określony niż stan jego części. Za splątanie kwantowe w tym roku przyznano Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Czytaj też: Fizyka kwantowa – siedem faktów, które warto znać
Splątane mogą zostać fotony (najczęściej), ale także inne cząstki obdarzone spinem, np. elektrony. W nadprzewodniku powstają tzw. pary Coopera, które są odpowiedzialne za tworzenie bezstratnych prądów elektrycznych. Zespół uczonych z Uniwersytetu w Bazylei wykorzystał filtry spinowe wykonane z nanomagnesów i kropek kwantowych do wykazania ujemnej korelacji między spinami splątanych elektronów. Wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature.
Ujemna korelacja potwierdzona
Badania nad parami elektronów z nadprzewodnika są prowadzone na Uniwersytecie w Bazylei już od kilku lat. Udało się je wyodrębnić i rozdzielić, co osiągnięto dzięki dwóm kropkom kwantowym – połączonym strukturom elektronicznym w skali nano, z których każda przepuszcza tylko pojedyncze elektrony. Teraz zademonstrowano doświadczalnie to, co od dawna przewidywano: elektrony z nadprzewodnika zawsze są uwalniane w parach o przeciwnych spinach.
Używając innowacyjnego układu eksperymentalnego, byliśmy w stanie zmierzyć, że spin jednego elektronu wskazuje w górę, gdy drugi jest skierowany w dół, i odwrotnie. W ten sposób eksperymentalnie udowodniliśmy ujemną korelację pomiędzy spinami sparowanych elektronów. Dr Andreas Baumgartner, kierownik projektu
Przeprowadzenie eksperymentu było możliwe dzięki zastosowaniu filtra spinowego – używając małych magnesów wygenerowano pole magnetyczne w każdej z dwóch kropek kwantowych.
Możemy dostosować obie kropki kwantowe tak, aby przechodziły przez nie głównie elektrony o określonym spinie. Elektron ze spinem górnym przechodzi przez jedną kropkę kwantową, a elektron ze spinem dolnym przez drugą kropkę kwantową – lub odwrotnie. Jeśli obie kropki kwantowe są ustawione tak, aby przepuszczały tylko te same spiny, prądy elektryczne w obu kropkach kwantowych są zmniejszone, mimo że pojedynczy elektron może równie dobrze przejść przez jedną kropkę kwantową. Dr Arunav Bordoloi, pierwszy autor pracy
Dzięki nowo opracowanej metodzie udało się po raz pierwszy w historii wykryć ujemne korelacje między spinami elektronów z nadprzewodnika. Przeprowadzone badania to ważny krok w kierunku analizy zjawisk kwantowych, np. splątania kwantowego w ciałach stałych, co jest przydatne w budowie komputerów kwantowych.
