Kontrolleret emission og rumlig opsplitning af elektronpar demonstreret

I kvanteoptik, at generere sammenfiltrede og rumligt adskilte fotonpar (f.eks. til kvantekryptografi) er allerede en realitet. Indtil nu, det har, imidlertid, ikke været muligt at påvise en analog generering og rumlig adskillelse af sammenfiltrede elektronpar i faste stoffer. Fysikere fra Leibniz Universitet Hannover og fra Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) har nu taget et afgørende skridt i denne retning. De har for første gang demonstreret on-demand emission af elektronpar fra en halvlederkvanteprik og verificeret deres efterfølgende opdeling i to separate ledere.

Deres resultater er blevet offentliggjort i det aktuelle onlinenummer af det anerkendte tidsskrift Natur nanoteknologi .

En præcis kontrol og manipulation af kvantemekaniske tilstande kunne bane vejen for lovende applikationer som kvantecomputere og kvantekryptografi. I kvanteoptik, sådanne forsøg har allerede været udført i nogen tid. Det her, for eksempel, tillader den kontrollerede generering af par indviklede, men rumligt adskilte fotoner, som er af væsentlig betydning for kvantekryptografi. En analog generering og rumlig adskillelse af sammenfiltrede elektroner i faste stoffer ville være af fundamental betydning for fremtidige anvendelser, men kunne ikke påvises endnu. Resultaterne fra Hannover og Braunschweig er et afgørende skridt i denne retning.

Som en elektronkilde, fysikerne fra Leibniz Universitet Hannover og fra PTB brugte såkaldte halvleder-enkeltelektronpumper. Styres af spændingsimpulser, disse enheder udsender et defineret antal elektroner. Enkeltelektronpumpen blev drevet på en sådan måde, at den frigav præcis et elektronpar pr. impuls ind i en halvledende kanal. En semitransparent elektronisk barriere opdeler kanalen i to elektrisk adskilte områder. En korrelationsmåling registrerede derefter, om elektronparrene passerede barrieren, eller om de blev reflekteret eller splittet af barrieren. Det kunne påvises, at for passende parametre, mere end 90 % af elektronparrene blev delt og rumligt adskilt af barrieren. Dette er et vigtigt skridt hen imod den forudsete generering og adskillelse af sammenfiltrede elektronpar i halvlederkomponenter.