Блог

Mar 10, 2023

Квантовая оптика со свободными электронами

Аннотация: До недавнего времени работы в области квантовой оптики были сосредоточены на изучении взаимодействия света.

Абстрактный: До недавнего времени работы в области квантовой оптики были сосредоточены на изучении света, взаимодействующего с системами связанных электронов, такими как атомы, квантовые точки и нелинейные оптические кристаллы. Напротив, системы свободных электронов допускают фундаментально разные физические явления, поскольку их распределение энергии является непрерывным, а не дискретным, что позволяет настраивать переходы и правила отбора.

Недавние теоретические и экспериментальные открытия, связанные с квантовыми взаимодействиями свободных электронов, породили новую захватывающую область: квантовую оптику свободных электронов. Мы разработали платформу для исследования квантовой оптики свободных электронов на наноуровне и использовали ее для демонстрации первого когерентного взаимодействия свободного электрона с фотонной полостью и с квантовой статистикой фотонов.

Эти возможности открывают новые пути к использованию свободных электронов в качестве носителей квантовой информации. Свободные электроны становятся квантовыми оптическими источниками желаемых состояний фотоники, используемых в отказоустойчивых квантовых вычислениях и коммуникации, таких как состояния кота Шрёдингера и состояния GKP.

Концепции квантовой оптики со свободными электронами также способствуют развитию новых методов электронной микроскопии. Мы продемонстрировали первый случай когерентного усиления в электронной микроскопии. Наше видение состоит в том, чтобы разработать микроскоп, который сможет отображать когерентность, выходя за рамки традиционных изображений материи, а также отображать когерентное квантовое состояние материи и исследовать квантовые корреляции между отдельными квантовыми системами.