Исследователи из Лундского университета в Швеции разработали новый метод, получивший название KRAKEN, для измерения квантового состояния электронов, испускаемых атомами под воздействием высокоэнергетических световых импульсов. Эта техника позволяет точно определить, насколько «квантовым» является электрон.
Исследование открывает новые перспективы в понимании взаимодействия света и материи на квантовом уровне. Метод основан на принципе фотоэлектронной спектроскопии, но идет дальше, измеряя не только классические свойства фотоэлектрона, такие как его скорость, но и его полное квантовое состояние. Дэвид Бусто, преподаватель атомной физики и один из авторов исследования, объясняет, что их техника позволяет реконструировать сложный трехмерный объект, делая несколько двухмерных снимков с разных углов, подобно тому, как работает компьютерная томография мозга. Для этого исследователи используют пару лазерных импульсов разных цветов, чтобы «фотографировать» и реконструировать квантовое состояние электрона слой за слоем.
Эксперименты, проведенные на атомах гелия и аргона, показали, что квантовое состояние фотоэлектрона зависит от типа материала, из которого он испускается. Это открытие может иметь далеко идущие последствия для различных научных областей, включая атмосферную фотохимию и изучение систем сбора световой энергии, таких как солнечные батареи или фотосинтез в растениях.
Новая методология также связывает две разные области науки: аттосекундную физику и спектроскопию с одной стороны, и квантовую информатику и квантовые технологии с другой. Это вписывается в контекст «второй квантовой революции», целью которой является манипулирование отдельными квантовыми объектами для использования их полного потенциала в различных приложениях.
Хотя техника KRAKEN не приводит напрямую к созданию новых квантовых компьютеров, она предоставляет физикам доступ к знаниям о квантовом состоянии фотоэлектронов, что позволит в полной мере использовать их квантовые свойства для будущих применений. Это может помочь раскрыть процессы, происходящие в материале после эмиссии электронов, что особенно важно для изучения свойств новых материалов. Исследователи надеются, что в будущем их метод позволит проследить, как квантовые свойства электронов эволюционируют во времени от квантового к классическому состоянию, что может пролить свет на фундаментальные вопросы квантовой механики и ее связь с макроскопическим миром.