Graus de liberdade quânticos ocupam um grande espaço de parâmetros em comparação com suas contrapartes clássicas. Essa propriedade os torna desafiadores para simulação em computadores clássicos. No entanto, também os dota de uma vasta capacidade de informação, útil para novos paradigmas computacionais e metrológicos1,2,3. Pares de fótons emaranhados têm sido o carro-chefe das demonstrações de aprimoramento quântico na arena óptica, com aplicações em metrologia4,5, imagem6,7,8,9,10,11< /sup> e espectroscopia11,12,13,14. Um conceito-chave na geração de tais estados úteis é o início de interações bem monitoradas entre variáveis contínuas. O último exibe espectros de emaranhamento ricos e grande espaço de estado no qual as informações podem ser registradas e acessadas15,16,17,18,19. Esses conceitos ainda não foram abordados no campo bem estabelecido de técnicas de metrologia baseadas em elétrons livres, como espectroscopia e microscopia20. Projetar o emaranhamento controlado de fontes de elétrons livres constitui o principal desafio, e é exatamente isso que abordamos aqui.
Capacidades extraordinárias de modelagem de feixe de elétrons foram recentemente demonstradas em microscópios eletrônicos combinando elementos ópticos ultrarrápidos21,22,23. Conceitos revolucionários como qubits de elétrons livres24 e controle quântico induzido por cavidades25,26,27 estão se tornando disponíveis, apontando para o surgimento da luz-elétron quântica de próxima geração tecnologias. Enquanto os fótons mantêm a coerência em grandes distâncias, os elétrons se decompõem rapidamente devido ao seu forte acoplamento ambiental. Combinado com os esquemas de controle mencionados acima, isso sugere que os elétrons isolados fornecem sondas quânticas valiosas quando expostos seletivamente a alvos de interesse. Mostramos que os elétrons que passam por meios de suporte de polariton podem experimentar interação controlada geometricamente, resultando em emaranhamento. Este efeito está intimamente relacionado ao emparelhamento Amperiano de elétrons discutido nas refs. 28,29,30, mostrado aqui para induzir um estado emaranhado de Einstein–Podolsky–Rosen no limite de tempo de interação longo.
Aqui, estudamos as correlações quânticas geradas por interações abruptas de pares de elétrons com um meio vizinho, conforme ilustrado na Fig. 1, para um intervalo de tempo controlado TI. Exploramos o estado transitório gerado por interações abruptas, bem como o limite de estado estacionário no regime perturbativo. Ao variar dois parâmetros de controle - tempo de interação TI e largura de banda inicial de elétrons σe - verificamos efetivamente o grau de emaranhamento. O emaranhamento na dimensão longitudinal é caracterizado pela decomposição de Schmidt da função de onda. Em seguida, calculamos a probabilidade de coincidência e a exibimos em relação ao grau de emaranhamento. Nós denotamos os modos temporais eletrônicos autoestados (ETMs) resultantes em analogia com suas contrapartes fotônicas31,32. Finalmente, propomos uma técnica que é útil para discriminação em tempo real entre ETMs, essencial para tomografia de estado e aplicações de processamento de informação quântica relacionadas.
