論文の概要: Quantum sensing and metrology with free electrons

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.06124v1
• Date: Fri, 09 May 2025 15:27:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-12 20:40:10.317389
• Title: Quantum sensing and metrology with free electrons
• Title（参考訳）: 自由電子を用いた量子センシングとメトロジー
• Authors: Cruz I. Velasco, F. Javier García de Abajo,
• Abstract要約: 我々は、光だけで到達可能なものよりもはるかに多くの状態を生成し、検出できることを示します。 理論的には、電子ビームスプリッタと2つの電子-導波路相互作用を組み合わせることにより、光相変化を検出する感度を高めることができる。 これらの結果は、自由電子と導波管光との強い相互作用に依存する破壊的な量子技術を生み出した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The quantum properties of matter and radiation can be leveraged to surpass classical limits of sensing and detection. Quantum optics does so by creating and measuring nonclassical light. However, better performance requires higher photon-number states, which are challenging to generate and detect. Here, we combine photons and free electrons to solve the problem of generating and detecting high-number states well beyond those reachable with light alone and further show that an unprecedented level of sensitivity and resolution is gained based on the measurement of free-electron currents after suitably designed electron-light interaction events. Our enabling ingredient is the strong electron-light coupling produced by aloof electron reflection on an optical waveguide, leading to the emission or absorption of a high number of guided photons by every single electron. We theoretically demonstrate that, by combining electron-beam splitters with two electron-waveguide interactions, the sensitivity to detect optical-phase changes can be enhanced tenfold using currently attainable technology. We further show that waveguided NOON states comprising tens of photons can be generated at megahertz rates based on electron post-selection after electron-waveguide interaction. These results inaugurate a disruptive quantum technology relying on free electrons and their strong interaction with waveguided light.
• Abstract（参考訳）: 物質と放射線の量子的性質は、古典的な検知と検出の限界を超えるために利用することができる。 量子光学は、非古典的な光の生成と測定によって行う。 しかし、より優れた性能では、より高い光子数状態が必要であり、生成と検出が困難である。 ここでは、光子と自由電子を組み合わせて、光単独で到達可能な高数状態の生成と検出の問題を解決するとともに、電子-光相互作用イベントを適切に設計した後に自由電子電流の測定に基づいて、前例のないレベルの感度と分解能が得られることを示す。 我々の有効成分は、光導波路上にアルーフ電子反射によって生じる強い電子-光カップリングであり、単一の電子によって多数の導光子を放出または吸収する。 理論的には、電子ビームスプリッタと2つの電子-導波路相互作用を組み合わせることにより、現在達成可能な技術を用いて、光相変化を検出する感度を10倍に向上させることができる。 さらに、電子-導波路相互作用後の電子後選択に基づいて、数十個の光子からなる導波性NOON状態がメガヘルツ速度で生成可能であることを示す。 これらの結果は、自由電子と導波管光との強い相互作用に依存する破壊的な量子技術を生み出した。

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