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Oct 23, 2023

Ottica quantistica con elettroni liberi

Abstract: Until recently, work in quantum optics focused on light interacting

Astratto: Fino a poco tempo fa, il lavoro nel campo dell’ottica quantistica si concentrava sull’interazione della luce con sistemi di elettroni legati come atomi, punti quantici e cristalli ottici non lineari. Al contrario, i sistemi di elettroni liberi consentono fenomeni fisici fondamentalmente diversi, poiché la loro distribuzione di energia è continua e non discreta, consentendo transizioni sintonizzabili e regole di selezione.

Recenti scoperte teoriche e sperimentali che coinvolgono le interazioni quantistiche degli elettroni liberi hanno generato un nuovo entusiasmante campo: l’ottica quantistica degli elettroni liberi. Abbiamo sviluppato una piattaforma per esplorare l’ottica quantistica degli elettroni liberi su scala nanometrica e l’abbiamo utilizzata per dimostrare la prima interazione coerente di un elettrone libero con una cavità fotonica e con le statistiche quantistiche dei fotoni.

Queste capacità aprono nuove strade verso l’utilizzo degli elettroni liberi come portatori di informazioni quantistiche. Gli elettroni liberi emergono come sorgenti ottiche quantistiche per gli stati fotonici desiderati utilizzati nel calcolo e nella comunicazione quantistica tolleranti ai guasti come gli stati del gatto di Schrodinger e gli stati GKP.

I concetti di ottica quantistica con elettroni liberi promuovono anche nuove modalità nella microscopia elettronica. Abbiamo dimostrato il primo esempio di amplificazione coerente nella microscopia elettronica. La nostra visione è quella di sviluppare un microscopio in grado di rappresentare la coerenza, andando oltre l’imaging convenzionale della materia per immaginare anche lo stato quantistico coerente della materia e sondare le correlazioni quantistiche tra i singoli sistemi quantistici.