論文の概要: Quantum state heralding using photonic integrated circuits with free
electrons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2206.08098v2
- Date: Fri, 18 Nov 2022 15:38:47 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-09 04:44:44.682458
- Title: Quantum state heralding using photonic integrated circuits with free
electrons
- Title（参考訳）: 自由電子を用いたフォトニック集積回路を用いた量子状態ヘラルディング
- Authors: Guanhao Huang, Nils J. Engelsen, Ofer Kfir, Claus Ropers, Tobias J.
Kippenberg
- Abstract要約: 我々は、自由電子と光電子集積回路とパラメトリックカップリングを用いた高忠実度および高純度量子状態ヘラルディングの実現可能性を分析する。
異なる応用シナリオにおいて有用な電子状態とフォトニック状態を形成するためのスキームを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Recently, integrated photonic circuits have brought new capabilities to
electron microscopy and been used to demonstrate efficient electron phase
modulation and electron-photon correlations. Here, we quantitatively analyze
the feasibility of high fidelity and high purity quantum state heralding using
a free electron and a photonic integrated circuit with parametric coupling, and
propose schemes to shape useful electron and photonic states in different
application scenarios. Adopting a dissipative quantum electrodynamics
treatment, we formulate a framework for the coupling of free electrons to
waveguide spatial-temporal modes. To avoid multimode-coupling induced state
decoherence, we show that with proper waveguide design, the interaction can be
reduced to a single-mode coupling to a quasi-TM00 mode. In the single-mode
coupling limit, we go beyond the conventional state ladder treatment, and show
that the electron-photon energy correlations within the ladder subspace can
still lead to a fundamental purity and fidelity limit on complex optical and
electron state preparations through heralding schemes. We propose applications
that use this underlying correlation to their advantage, but also show that the
imposed limitations for general applications can be overcome by using photonic
integrated circuits with an experimentally feasible interaction length, showing
its promise as a platform for free-electron quantum optics.
- Abstract（参考訳）: 近年、集積フォトニック回路は電子顕微鏡に新たな機能をもたらし、効率的な電子位相変調と電子-光子相関の実証に利用されている。
本稿では、自由電子と光電子集積回路とパラメトリックカップリングを用いた高忠実かつ高純度量子状態シーディングの実現可能性について定量的に分析し、異なる応用シナリオにおいて有用な電子および光電子状態を形成する手法を提案する。
消散的量子電気力学処理を採用し、自由電子と導波路空間-時間モードとの結合の枠組みを定式化する。
マルチモード結合誘起状態デコヒーレンスを避けるために、適切な導波路設計により、相互作用を擬似tm00モードへの単一モード結合に還元できることを示す。
単一モード結合限界では、従来の状態ラダー処理を超越し、はしご部分空間内の電子-光子エネルギー相関が、ヘラルディングスキームによる複雑な光学状態と電子状態の合成に対する基本的な純度および忠実度限界を導出できることを示す。
そこで,本論文では,この相関を有利に利用するアプリケーションを提案するとともに,実験的に実現可能な相互作用長を持つフォトニック集積回路を用いることにより,一般用途に課される制限を克服できることを示すとともに,自由電子量子光学のプラットフォームとしての期待を示す。
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