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Génération, caractérisation et manipulation des corrélations quantiques dans les faisceaux d'électrons

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Les degrés de liberté quantiques occupent un grand espace de paramètres par rapport à leurs homologues classiques.Cette propriété les rend difficiles pour la simulation sur les ordinateurs classiques. Nonetheless, it also endows them with a vast information capacity, useful for novel computational and metrologic paradigms1,2,3. Entangled photon pairs have long been the work-horse of quantum enhancement demonstrations in the optical arena, with applications in metrology4,5, imaging6,7,8,9,10,11, and spectroscopy11,12,13,14.Un concept clé dans la génération de ces états utiles est l'initiation d'interactions bien surveillées entre les variables continues. The latter exhibit rich entanglement spectra and large state space on which information can be recorded and accessed15,16,17,18,19. These concepts have not yet been addressed in the well-established field of free-electron-based metrology techniques, such as spectroscopy and microscopy20.La conception d'un enchevêtrement contrôlé des sources d'électrons libres constitue le principal défi, et c'est précisément ce que nous abordons ici.

Generation, characterization, and manipulation of quantum correlations in electron beams

Extraordinary electron-beam-shaping capabilities have been recently demonstrated in electron microscopes combining ultrafast optics elements21,22,23. Revolutionary concepts such as free-electron qubits24 and cavity-induced quantum control25,26,27 are becoming available, pointing toward the emergence of next-generation quantum light–electron technologies.Alors que les photons maintiennent la cohérence sur de grandes distances, les électrons se dénoment rapidement en raison de leur fort couplage environnemental.Combiné avec les schémas de contrôle mentionnés ci-dessus, cela suggère que les électrons isolés fournissent des sondes quantiques précieuses lorsqu'elles sont sélectivement exposées à des cibles d'intérêt.Nous montrons que les électrons passant par des supports de support de polariton peuvent subir une interaction géométriquement contrôlée, ce qui entraîne un enchevêtrement.Cet effet est étroitement lié à l'appariement ampéan d'électrons discuté dans les références. 28,29,30, shown here to induce an entangled Einstein–Podolsky–Rosen state in the long interaction time limit.

Ici, nous étudions les corrélations quantiques générées par des interactions brusques de paires d'électrons avec un milieu voisin, comme illustré sur la figure. 1, for a controlled time interval TI.Nous explorons l'état transitoire généré par des interactions brusques, ainsi que la limite à l'état d'équilibre du régime perturbateur. By varying two control parameters—interaction time TI and initial electron bandwidth σe—we effectively scan the degree of entanglement.L'intrication de la dimension longitudinale est caractérisée par la décomposition de Schmidt de la fonction d'onde.Nous calculons ensuite la probabilité de coïncidence et l'affichage par rapport au degré d'enchevêtrement. We denote the resulting eigenstate electronic temporal modes (ETMs) in analogy to their photonic counterparts31,32.Enfin, nous proposons une technique utile pour la discrimination en temps réel entre ETMS, essentielle pour la tomographie d'État et les applications de traitement de l'information quantique associées.