論文の概要: Imprinting the quantum statistics of photons on free electrons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2105.03105v3
• Date: Wed, 26 May 2021 12:15:06 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-01 05:43:11.537406
• Title: Imprinting the quantum statistics of photons on free electrons
• Title（参考訳）: 自由電子上の光子の量子統計のインプリント
• Authors: Raphael Dahan, Alexey Gorlach, Urs Haeusler, Aviv Karnieli, Ori Eyal, Peyman Yousefi, Mordechai Segev, Ady Arie, Gadi Eisenstein, Peter Hommelhoff, and Ido Kaminer
• Abstract要約: 自由電子-光相互作用における光子の量子統計効果を観測する。 我々は、ポアソニアンから超ポアソニアンへの連続的な相互作用と熱統計を実証する。 本研究は, 自由電子系非破壊量子トモグラフィーによる光の量子トモグラフィーを示唆し, アト秒とサブA空間分解能顕微鏡の併用に向けた重要なステップとなる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.15274583259797847
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: The fundamental interaction between free electrons and light stands at the base of both classical and quantum physics, with applications in free-electron acceleration, radiation sources, and electron microscopy. Yet, to this day, all experiments involving free-electron light interactions are fully explained by describing the light as a classical wave, disregarding its quantum nature. Here, we observe quantum statistics effects of photons on free-electron-light interactions. We demonstrate interactions passing continuously from Poissonian to super-Poissonian and up to thermal statistics, unveiling a surprising manifestation of Bohr's Correspondence Principle: the transition from quantum walk to classical random walk on the free-electron energy ladder. The electron walker serves as the probe in non-destructive quantum detection, measuring the photon-correlation ${g^{(2)} (0)}$ and higher-orders ${g^{(n)} (0)}$. Unlike conventional quantum-optical detectors, the electron can perform both quantum weak measurements and projective measurements by evolving into an entangled joint-state with the photons. Our findings suggest free-electron-based non-destructive quantum tomography of light, and constitute an important step towards combined attosecond-temporal and sub-A-spatial resolution microscopy.
• Abstract（参考訳）: 自由電子と光の基本的な相互作用は、古典物理学と量子物理学の両方の基礎であり、自由電子加速、放射源、電子顕微鏡で応用されている。 しかし、今日まで、自由電子相互作用を含む全ての実験は、その量子の性質を無視して、光を古典波として記述することで完全に説明されている。 ここでは、自由電子-光相互作用における光子の量子統計効果を観測する。 我々は、ポアソニアンから超ポアソニアンへの連続的な相互作用と、ボーアの対応原理(量子ウォークから自由電子エネルギーラダー上の古典的なランダムウォークへの遷移)の驚くべき表現を明らかにした。 電子ウォーカーは非破壊的な量子検出のプローブとして働き、光子相関の ${g^{(2)} (0)}$ と高次の ${g^{(n)} (0)}$ を測定する。 従来の量子光学検出器とは異なり、電子は光子との絡み合った結合状態に進化することで、量子弱測定と射影測定の両方を行うことができる。 本研究は, 自由電子系非破壊量子トモグラフィーによる光の量子トモグラフィーを示唆し, アト秒時空間分解能顕微鏡とサブA空間分解能顕微鏡を組み合わせるための重要なステップとなる。

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