Kvantové stupně volnosti zabírají ve srovnání s jejich klasickými protějšky velký prostor parametrů. Tato vlastnost je činí náročnými pro simulaci na klasických počítačích. Nicméně jim také poskytuje obrovskou informační kapacitu, užitečnou pro nová výpočetní a metrologická paradigmata1,2,3. Propletené fotonové páry jsou již dlouho těžištěm demonstrací kvantového vylepšení v optické aréně s aplikacemi v metrologii4,5, zobrazování6,7,8,9,10,11< /sup> a spektroskopie11,12,13,14. Klíčovým konceptem při generování takových užitečných stavů je iniciace dobře monitorovaných interakcí mezi spojitými proměnnými. Posledně jmenované vykazují bohatá propletená spektra a velký stavový prostor, na kterém lze zaznamenávat a zpřístupňovat informace15,16,17,18,19. Tyto koncepty dosud nebyly řešeny v dobře zavedené oblasti metrologických technik založených na volných elektronech, jako je spektroskopie a mikroskopie20. Navrhování řízeného zapletení zdrojů volných elektronů představuje hlavní výzvu, a to je přesně to, co zde řešíme.
Mimořádné schopnosti tvarování elektronového paprsku byly nedávno prokázány u elektronových mikroskopů kombinující ultrarychlé optické prvky21,22,23. Revoluční koncepty, jako jsou qubity s volnými elektrony24 a kvantové řízení indukované dutinou25,26,27, se stávají dostupnými, což ukazuje na vznik nové generace kvantových světelných elektronů technologií. Zatímco fotony si udržují koherenci na velké vzdálenosti, elektrony se rychle dekoherují díky jejich silné vazbě na prostředí. V kombinaci s kontrolními schématy uvedenými výše to naznačuje, že izolované elektrony poskytují cenné kvantové sondy, když jsou selektivně vystaveny cílům zájmu. Ukazujeme, že elektrony procházející médiem podporujícím polariton mohou zažít geometricky řízenou interakci, která vede k zapletení. Tento efekt úzce souvisí s Ampérovým párováním elektronů diskutovaným v odkazech. 28,29,30, zde zobrazeno k vyvolání zapleteného stavu Einstein–Podolsky–Rosen v dlouhém časovém limitu interakce.
Zde studujeme kvantové korelace generované náhlými interakcemi elektronových párů se sousedním prostředím, jak je znázorněno na obr. 1, po řízený časový interval TI. Zkoumáme přechodný stav generovaný náhlými interakcemi, stejně jako mez ustáleného stavu v poruchovém režimu. Změnou dvou řídicích parametrů – doby interakce TI a počáteční šířky elektronového pásma σe – efektivně skenujeme míru zapletení. Propletení v podélném rozměru je charakterizováno Schmidtovým rozkladem vlnové funkce. Poté vypočítáme pravděpodobnost koincidence a zobrazíme ji proti stupni zapletení. Výsledné eigenstate elektronické časové režimy (ETM) označujeme analogicky k jejich fotonickým protějškům31,32. Nakonec navrhujeme techniku, která je užitečná pro diskriminaci mezi ETM v reálném čase, což je nezbytné pro státní tomografii a související aplikace kvantového zpracování informací.
