Kvanttivapausasteet vievät suuren parametritilan verrattuna klassisiin vastineisiinsa. Tämä ominaisuus tekee niistä haastavia simuloinnissa klassisilla tietokoneilla. Siitä huolimatta se antaa heille myös valtavan tietokapasiteetin, joka on hyödyllinen uusissa laskennallisissa ja metrologisissa paradigmoissa1,2,3. Sotkeutuneet fotoniparit ovat pitkään olleet kvanttiparannusdemonstraatioiden työhevonen optisella areenalla, ja niitä on käytetty metrologiassa4,5, kuvantamisessa6,7,8,9,10,11< /sup> ja spektroskopia11,12,13,14. Keskeinen käsite tällaisten hyödyllisten tilojen luomisessa on hyvin valvottujen vuorovaikutusten käynnistäminen jatkuvien muuttujien välillä. Jälkimmäisillä on rikkaat kietoutumisspektrit ja suuri tila-avaruus, jolle tietoa voidaan tallentaa ja käyttää15,16,17,18,19. Näitä käsitteitä ei ole vielä käsitelty vakiintuneilla vapaisiin elektroneihin perustuvien metrologian tekniikoiden alalla, kuten spektroskopiassa ja mikroskopiassa20. Vapaiden elektronien lähteiden kontrolloidun kietoutumisen suunnittelu on suurin haaste, ja juuri sitä käsittelemme tässä.
Erinomainen elektronisuihkun muotoilukyky on äskettäin osoitettu elektronimikroskopeissa, joissa on yhdistetty ultranopeita optisia elementtejä21,22,23. Vallankumouksellisia konsepteja, kuten vapaiden elektronien kubitit24 ja onkalon aiheuttamaa kvanttiohjausta25,26,27, on tulossa saataville, mikä viittaa seuraavan sukupolven kvanttivaloelektronien syntymiseen. teknologioita. Vaikka fotonit säilyttävät koherenssin suurilla etäisyyksillä, elektronit dekoheroituvat nopeasti vahvan ympäristökytkennän vuoksi. Yhdessä edellä mainittujen säätömenetelmien kanssa tämä viittaa siihen, että eristetyt elektronit tarjoavat arvokkaita kvanttikoettimia, kun ne altistetaan valikoivasti kiinnostaville kohteille. Osoitamme, että polaritonia tukevien väliaineiden ohi kulkevat elektronit voivat kokea geometrisesti ohjattua vuorovaikutusta, mikä johtaa sotkeutumiseen. Tämä vaikutus liittyy läheisesti viitteissä käsiteltyyn elektronien ampeeripariin. 28, 29, 30, tässä näytetään aiheuttavan sotkeutuneen Einstein–Podolsky–Rosen-tilan pitkän vuorovaikutusaikarajan aikana.
Tässä tutkimme kvanttikorrelaatioita, jotka syntyvät elektroniparien äkillisistä vuorovaikutuksista viereisen väliaineen kanssa, kuten kuvassa 1 on esitetty, kontrolloidulla aikavälillä TI. Tutkimme äkillisten vuorovaikutusten synnyttämää ohimenevää tilaa sekä vakaan tilan rajaa häiritsevässä järjestelmässä. Vaihtelemalla kahta ohjausparametria – vuorovaikutusaikaa TI ja alkuelektronin kaistanleveyttä σe – skannaamme tehokkaasti kietoutumisasteen. Pitkittäisulottuvuuden sotkeutumiselle on tunnusomaista aaltofunktion Schmidt-hajotelma. Laskemme sitten sattuman todennäköisyyden ja näytämme sen sotkeutumisasteen funktiona. Merkitsemme tuloksena saadut ominaistilaelektroniset aikamoodit (ETM) analogisesti niiden fotonisten vastineiden kanssa31,32. Lopuksi ehdotamme tekniikkaa, joka on hyödyllinen reaaliaikaiseen erotteluun ETM:ien välillä, mikä on välttämätöntä tilatomografiassa ja siihen liittyvissä kvanttitietojen käsittelysovelluksissa.
