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

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 paradigms^1,2,3. Entangled photon pairs have long been the work-horse of quantum enhancement demonstrations in the optical arena, with applications in metrology^4,5, imaging^{6,7,8,9,10,11}, and spectroscopy^11,12,13,14.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 accessed^{15,16,17,18,19}. 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.

Extraordinary electron-beam-shaping capabilities have been recently demonstrated in electron microscopes combining ultrafast optics elements^21,22,23. Revolutionary concepts such as free-electron qubits²⁴ and cavity-induced quantum control^25,26,27 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 T_I.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 T_I and initial electron bandwidth σ_e—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 counterparts^31,32.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.