Blog

Mar 10, 2023

Quantenoptik mit freien Elektronen

Zusammenfassung: Bis vor kurzem konzentrierten sich Arbeiten in der Quantenoptik auf die Wechselwirkung von Licht

Abstrakt: Bis vor kurzem konzentrierten sich Arbeiten in der Quantenoptik auf die Wechselwirkung von Licht mit gebundenen Elektronensystemen wie Atomen, Quantenpunkten und nichtlinearen optischen Kristallen. Im Gegensatz dazu ermöglichen Systeme mit freien Elektronen grundlegend andere physikalische Phänomene, da ihre Energieverteilung kontinuierlich und nicht diskret ist, was einstellbare Übergänge und Auswahlregeln ermöglicht.

Jüngste theoretische und experimentelle Durchbrüche im Zusammenhang mit Quantenwechselwirkungen freier Elektronen haben ein aufregendes neues Gebiet hervorgebracht: die Quantenoptik freier Elektronen. Wir haben eine Plattform zur Erforschung der Quantenoptik freier Elektronen auf der Nanoskala entwickelt und diese genutzt, um die erste kohärente Wechselwirkung eines freien Elektrons mit einem photonischen Hohlraum und mit der Quantenstatistik von Photonen zu demonstrieren.

Diese Fähigkeiten eröffnen neue Wege zur Nutzung freier Elektronen als Träger von Quanteninformation. Freie Elektronen entstehen als quantenoptische Quellen für gewünschte photonische Zustände, die in fehlertoleranter Quantenberechnung und -kommunikation wie Schrödinger-Katzenzuständen und GKP-Zuständen verwendet werden.

Konzepte der Quantenoptik mit freien Elektronen fördern auch neue Modalitäten in der Elektronenmikroskopie. Wir haben das erste Beispiel einer kohärenten Verstärkung in der Elektronenmikroskopie demonstriert. Unsere Vision ist es, ein Mikroskop zu entwickeln, das Kohärenz abbilden kann und dabei über die herkömmliche Abbildung von Materie hinausgeht, um auch den kohärenten Quantenzustand der Materie abzubilden und Quantenkorrelationen zwischen einzelnen Quantensystemen zu untersuchen.