Фізики вперше продемонстрували наявність негативної кореляції між двома спінами заплутаної пари електронів надпровідника. Для свого дослідження вчені використовували спінові фільтри з наномагнітів і квантових точок.
Деякі явища у квантовій фізиці, та ж заплутаність між двома частинками, важко поєднати з повсякденним досвідом.
Під час заплутування певні властивості двох частинок виявляються тісно пов'язаними, навіть якщо вони перебувають дуже далеко одна від одної. Саме тому Альберт Ейнштейн назвав заплутування "моторошною дією на відстані".
Дивне, але важливе для пізнання явище. І все ж розкриття таємниць заплутаності між фотонами було оцінено Нобелівською премією з фізики.
Отже, два електрони можуть бути заплутані - наприклад, у їхніх спінах. У надпровіднику електрони утворюють так звані куперівські пари, що відповідають за електричні струми без втрат і в яких окремі спіни заплутані.
За кілька років експериментатори зі Швейцарського інституту нанонауки і фізичного факультету Базельського університету змогли витягти електронні пари з надпровідника і просторово розділити два електрони. У такий спосіб було створено дві квантові точки - наноелектронні структури, з'єднані паралельно, кожна з яких пропускає тільки поодинокі електрони.
Команда професора Крістіана Шененбергера і д-ра Андреаса Баумгартнера у співпраці з дослідниками під керівництвом Лючії Сорба з Інституту нанонауки і Скуола Нормале Суперіоре в Пізі змогла експериментально продемонструвати те, що давно очікувалося теоретично: електрони з надпровідника завжди виходять парами з протилежними спінами.
Про свої висновки вони повідомили сьогодні в науковому журналі Nature.
Використовуючи новітню експериментальну установку, фізики довели, що спін одного електрона спрямований догори, тоді як спін іншого орієнтований донизу, і навпаки.
"Таким чином, ми експериментально довели негативну кореляцію між спінами парних електронів", - пояснює керівник проекту Андреас Баумгартнер.
Дослідники домоглися позитивного результату за допомогою спінового фільтра, який вони розробили у власній лабораторії. Використовуючи крихітні магніти, вони створили індивідуально регульовані магнітні поля в кожній з двох квантових точок, які розділяють електрони куперівської пари.
Оскільки спін також визначає магнітний момент електрона, за один раз пропускається тільки один конкретний тип спіна.
"Ми можемо налаштувати обидві квантові точки так, щоб через них проходили тільки електрони з певним спіном", - розповідає перший автор роботи доктор Арунав Бордолой.
"Наприклад, електрон зі спіном вгору проходить через одну квантову точку, а електрон зі спіном вниз проходить через іншу квантову точку, або навпаки. Якщо обидві квантові точки налаштовані на проходження тільки однакових спінів, то електричні струми в обох квантових точках зменшуються, незважаючи на те, що окремий електрон цілком може пройти через одну квантову точку".
"За допомогою цього методу ми вперше змогли виявити негативні кореляції між спінами електронів із надпровідника", - підсумовує Андреас Баумгартнер.
"Наші експерименти - це перший крок, але ще не остаточний доказ заплутаності спінів електронів, оскільки ми не можемо довільно задавати орієнтацію спінових фільтрів - але ми працюємо над цим".
Дослідження, результати якого були нещодавно опубліковані в журналі Nature, вважається важливим кроком на шляху до подальших досліджень квантово-механічних явищ, таких, як заплутаність частинок у твердих тілах, яка також є ключовим компонентом квантових комп'ютерів.
