論文の概要: Observation of quantum entanglement between free electrons and photons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.13047v1
- Date: Thu, 17 Apr 2025 16:03:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-18 14:36:14.876233
- Title: Observation of quantum entanglement between free electrons and photons
- Title（参考訳）: 自由電子と光子の量子絡み合いの観測
- Authors: Jan-Wilke Henke, Hao Jeng, Murat Sivis, Claus Ropers,
- Abstract要約: 自由電子と光子の間の量子絡み合いを実証する。
2つのビームの重ね合わせで作製された電子がナノ構造を通過すると、絡み合いが生じる。
我々は、標準量子限界を超える電子イメージングと分光法の発展を期待する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License:
- Abstract: Quantum entanglement is central to both the foundations of quantum mechanics and the development of new technologies in information processing, communication, and sensing. Entanglement has been realised in a variety of physical systems, spanning atoms, ions, photons, collective excitations, and hybrid combinations of particles. Remarkably, however, photons and free electrons -- the quanta of light and their most elementary sources -- have never been observed in an entangled state. Here, we demonstrate quantum entanglement between free electrons and photons. We show that entanglement is produced when an electron, prepared in a superposition of two beams, passes a nanostructure and generates transition radiation in a polarisation state tied to the electron path. By implementing quantum state tomography, we reconstruct the full density matrix of the electron-photon pair, and show that the Peres-Horodecki separability criterion is violated by more than 7 standard deviations. Based on this foundational element of emerging free-electron quantum optics, we anticipate manifold developments in enhanced electron imaging and spectroscopy beyond the standard quantum limit. More broadly, the ability to generate and measure entanglement opens electron microscopy to previously inaccessible quantum observables and correlations in solids and nanostructures.
- Abstract（参考訳）: 量子絡み合いは、量子力学の基礎と、情報処理、通信、センシングにおける新しい技術の発展の両方の中心である。
絡み合いは、原子、イオン、光子、集合励起、粒子のハイブリッド結合など、様々な物理系で実現されている。
しかし、光子と自由電子(光の量子とその最も基本的な源)は、絡み合った状態では観測されていない。
ここでは自由電子と光子の量子絡み合いを示す。
2つのビームの重ね合わせで作製された電子がナノ構造を通過し、電子経路に結びついた偏光状態に遷移放射線を発生させることで、絡み合いが生じることを示す。
量子状態トモグラフィーにより、電子-光子対の全密度行列を再構成し、ペレス-ホロデツキ分離性基準が7つ以上の標準偏差によって破られることを示す。
この発展する自由電子量子光学の基礎的要素に基づいて、標準量子限界を超える電子イメージングと分光の強化における多様体の発展を予想する。
より広い範囲で、絡み合いを発生・測定する能力は、それまで到達不能であった量子可観測物や固体やナノ構造における相関に電子顕微鏡を開放する。
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