В области квантовой оптики, на базе которой уже создаются квантовые криптографические и вычислительные системы, ученые уже достаточно давно научились получать пары запутанных на квантовом уровне фотонов, разнесенных на некоторое расстояние в физическом пространстве. Однако, ничего подобного не было сделано в отношении получения пар запутанных электронов, находящихся внутри объема твердого полупроводникового или токопроводящего материала. Это впервые удалось сделать ученым-физикам из Лейбницского университета в Ганновере (Leibniz University Hannover) и национального института Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB). Созданное ими устройство позволяет при помощи квантовой полупроводниковой точки получить пары запутанных электронов и направить эти электроны в два различных электрических проводника.

В работе, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, ученые объясняют, что разработанная ими технология, дающая в руки инженеров механизм точного контроля и управления квантовыми частицами, откроет дорогу множеству новых реализаций технологий квантовой криптографии, квантовых коммуникаций и вычислений. А использование электронов в качестве квантовых частиц вместо фотонов позволит существенно упростить сами квантовые устройства и устройства их сопряжения с традиционными электронными устройствами, выполняющими функции "моста", связывающего квантовый и обычный физический мир.

В качестве основного элемента созданного квантового устройства ученые использовали так называемый полупроводниковый источник единичных электронов (semiconductor single-electron pump). Этот источник, управляемый импульсами электрического напряжения, может испускать строго заданное количество электронов. В квантовой устройстве этот источник настроен таким образом, что он испускает одновременно пару электронов, которые получаются уже запутанными на квантовом уровне и которые попадают в специальный полупроводниковый канал. Полупроницаемый электронный барьер этого канала делит его на две области с различными электрическими характеристиками и за счет действия достаточно сложных квантовых и электрических эффектов около 90 процентов пар запутанных электронов разделяются, каждый из электронов пары оказывается по одну из сторон барьера.

Такое разделение электронных пар позволяет направить каждый из запутанных электронов по отдельному проводнику и доставить его к элементу полупроводникового чипа, где с этим электроном или переносимой им квантовой информацией будут произведены определенные действия. Такие возможности новой технологии являются важным шагом на пути создания полупроводниковых компонентов, принцип действия которых будет коренным образом отличаться от принципа действия существующих компонентов, и которые будут использовать в своих интересах запутанные на квантовом уровне пары электронов.