Пара аттосекундных импульсов запутала молекулярный катион и фотоэлектрон
Немецкие физики обнаружили эффекты квантовой запутанности при фотоионизации и диссоциации молекулы водорода. Для этого они модифицировали традиционную схему накачки-зондирования, использовав в качестве накачки не один, а два аттосекундных импульса. Исследование опубликовано в Physical Review Letters.
Квантовая система, состоящая из нескольких частей, считается запутанной, если ее состояние невозможно представить через простое произведение волновых функций отдельных частей. Квантовую запутанность принято ассоциировать с квантовыми коммуникациями или квантовыми вычислениями, где она играет важнейшую роль. Из-за отсутствия непосредственного контакта между различными частицами или кубитами, запутанность очень быстро разрушается. Вместе с тем запутанность — это неотъемлемое свойство состояний многоэлектронных оболочек в атомах, поскольку только так они могут удовлетворять требованиям симметрии. В теории такие квантовые корреляции должны сохраняться и в том случае, если один из электронов удаляется из атома.
Процессы ионизации в последние годы изучаются особенно тщательно благодаря развитию техник накачки-зондирования, исследующих динамику на аттосекундном масштабе. В основе этих экспериментальных методов лежит разделение луча мощного инфракрасного лазера на две части, одна из которых подается на атомарный или молекулярный газ, в котором происходит генерация старших гармоник с образованием аттосекундных широкополосных импульсов в диапазоне экстремального ультрафиолета. Затем обе части подаются на исследуемые молекулы с контролируемой задержкой.
В одной из работ физики реализовали схему, в которой аттосекундный импульс доходит до молекулы водорода первым, ионизируя ее и переводя ее катион в суперпозиционное состояние с различными колебательными квантовыми числами. Прилетающий следом инфракрасный импульс приводит к диссоциации катиона на атом водорода и протон. Измеряя характеристики протона в зависимости от времени задержки между импульсами, ученые делали вывод о когерентной осцилляции волнового пакета в катионе. Квантовая запутанность же, которая может возникнуть между катионом и фотоэлектроном, в некотором смысле противопоставляется простой суперпозиции ионных состояний. Возникновение такого типа корреляций при ионизации было обнаружено физиками пока только