論文の概要: Optical parametric free-electron--photon quantum interaction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.19255v1
- Date: Mon, 22 Dec 2025 10:45:21 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-23 18:54:32.71831
- Title: Optical parametric free-electron--photon quantum interaction
- Title（参考訳）: 光パラメトリック自由電子-光子量子相互作用
- Authors: Zetao Xie, Zehai Pang, Yi Yang,
- Abstract要約: 非線形光学系におけるパラメトリック自由電子-光子相互作用の理論的枠組みを開発する。
線形浴中の自由電子とは異なり、ここでは2つの相整合チャネルを介してボゴリューボフ準粒子と結合することができる。
結果は、光パラメトリック相互作用が量子形自由電子や光子にどのように作用するかを示している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.839286994770912
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Optical parametric processes underpin quantum photonics, while free-electron--photon interactions offer agile pathways to generate nontrivial quantum photonic states. These threads have so far largely progressed independently, whereas placing free electrons in a driven nonlinear system can potentially activate coherent parametric interaction channels for joint state engineering of both types of particles. Here we unify these paradigms by developing a general theoretical framework for parametric free-electron--photon interactions in a nonlinear optical system driven by degenerate parametric down-conversion. Unlike free electrons in a linear bath, here they can couple to Bogoliubov quasiparticles through two detuned phase-matching channels, where the parametric process and free-electron interactions can quantum amplify each other. Seeding the interaction with squeezed vacuum yields gain-only or loss-only electron energy spectra, and enables electron-heralded squeezed Fock states; with bare vacuum, postselecting electron energy sidebands generates high-fidelity Schrödinger cat states. Our results show how optical parametric interactions can quantum shape free electrons and photons, potentially enabling a quantum parametric dielectric laser accelerator that mitigates the need for temporal phase synchronization, thereby allowing acceleration probabilities to approach unity even for phase-random electrons.
- Abstract（参考訳）: 光パラメトリックプロセスは量子フォトニクスを支えるが、自由電子-光子相互作用は非自明な量子フォトニクス状態を生成するアジャイルの経路を提供する。
これらのスレッドは、これまでは独立して大きく進歩してきたが、駆動された非線形系に自由電子を配置すると、両方の粒子の結合状態工学のためのコヒーレントなパラメトリック相互作用チャネルが活性化される可能性がある。
ここでは、パラメトリックダウンコンバージョンにより駆動される非線形光学系におけるパラメトリック自由電子-光子相互作用の一般的な理論的枠組みを開発することにより、これらのパラダイムを統一する。
線形浴中の自由電子とは異なり、ここではボゴリューボフ準粒子と2つの相整合チャネルで結合し、パラメトリック過程と自由電子相互作用が互いに量子増幅する。
圧縮された真空との相互作用は利得のみまたは損失のみの電子エネルギースペクトルを生じさせ、電子を優先した圧縮されたフォック状態を可能にし、素真空では電子エネルギーの側バンドを選択すれば高忠実度シュレーディンガー猫状態を生成する。
本研究は,光パラメトリック相互作用が電子と光子を量子的に形成し,時相同期の必要性を緩和する量子パラメトリック誘電体レーザー加速器を可能とすることで,位相ランダム電子に対しても加速確率が一元化に近づくことを示すものである。
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