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Mar 10, 2023

Óptica Quântica com Elétrons Livres

Resumo: Até recentemente, trabalhos em óptica quântica focados na luz interagindo

Abstrato: Até recentemente, o trabalho em óptica quântica se concentrava na luz interagindo com sistemas de elétrons ligados, como átomos, pontos quânticos e cristais ópticos não lineares. Em contraste, os sistemas de elétrons livres permitem fenômenos físicos fundamentalmente diferentes, pois sua distribuição de energia é contínua e não discreta, permitindo transições sintonizáveis ​​e regras de seleção.

Descobertas teóricas e experimentais recentes envolvendo interações quânticas de elétrons livres geraram um novo e empolgante campo: a óptica quântica de elétrons livres. Desenvolvemos uma plataforma para explorar a óptica quântica de elétrons livres em nanoescala e a usamos para demonstrar a primeira interação coerente de um elétron livre com uma cavidade fotônica e com as estatísticas quânticas de fótons.

Esses recursos abrem novos caminhos para o uso de elétrons livres como portadores de informações quânticas. Elétrons livres surgem como fontes óticas quânticas para estados fotônicos desejados usados ​​em computação quântica tolerante a falhas e comunicação, como estados do gato Schrodinger e estados GKP.

Conceitos de óptica quântica com elétrons livres também promovem novas modalidades em microscopia eletrônica. Demonstramos a primeira instância de amplificação coerente em microscopia eletrônica. Nossa visão é desenvolver um microscópio que possa gerar imagens coerentes, indo além das imagens convencionais da matéria para também obter imagens do estado quântico coerente da matéria e sondar correlações quânticas entre sistemas quânticos individuais.