論文の概要: The Synthetic Hilbert Space of Laser-Driven Free-Electrons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.02895v2
• Date: Fri, 4 Nov 2022 20:14:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-23 00:02:31.374294
• Title: The Synthetic Hilbert Space of Laser-Driven Free-Electrons
• Title（参考訳）: レーザー駆動自由電子の合成ヒルベルト空間
• Authors: Guy Braiman, Ori Reinhardt, Chen Mechel, Omer Levi, and Ido Kaminer
• Abstract要約: コヒーレント自由電子とのレーザー相互作用の最近の進歩は、電子の量子状態を形成することを可能にしている。 自由電子キューディット状態のエンコードと操作方法を見つけ, 2 の次元に焦点をあてる。 例えば、4次元のクディットを完全に制御できることを証明し、任意の次元の完全な制御に必要なステップを明らかにする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Recent advances in laser interactions with coherent free electrons have enabled to shape the electron's quantum state. Each electron becomes a superposition of energy levels on an infinite quantized ladder, shown to contain up to thousands of energy levels. We propose to utilize the quantum nature of such laser-driven free electrons as a "synthetic Hilbert space" in which we construct and control qudits (quantum digits). The question that motivates our work is what qudit states can be accessed using electron-laser interactions, and whether it is possible to implement any arbitrary quantum gate. We find how to encode and manipulate free-electron qudit states, focusing on dimensions which are powers of 2, where the qudit represents multiple qubits implemented on the same single electron - algebraically separated, but physically joined. As an example, we prove the possibility to fully control a 4-dimenisonal qudit, and reveal the steps required for full control over any arbitrary dimension. Our work enriches the range of applications of free electrons in microscopy and spectroscopy, offering a new platform for continuous-variable quantum information.
• Abstract（参考訳）: コヒーレント自由電子とのレーザー相互作用の最近の進歩は、電子の量子状態を形成することができる。 各電子は無限に量子化されたはしご上のエネルギー準位となり、最大数千のエネルギー準位を含む。 我々は、そのようなレーザー駆動自由電子の量子的性質を「合成ヒルベルト空間」として利用し、qudits(量子桁)を構築し制御することを提案する。 我々の研究を動機づける疑問は、電子レーザー相互作用を用いてクディット状態にアクセスすることができるか、任意の量子ゲートを実装できるかどうかである。 自由電子qudit状態のエンコードと操作方法を見つけ、同じ電子上に実装された複数の量子ビット(代数的に分離されているが物理的に結合している)を表す2の次元に焦点をあてる。 例えば、4次元のクディットを完全に制御できることを証明し、任意の次元の完全な制御に必要なステップを明らかにする。 我々の研究は、顕微鏡や分光法における自由電子の応用範囲を拡大し、連続可変量子情報のための新しいプラットフォームを提供する。

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