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Publication

Cavity-mediated electron-photon pairs

Tobias Kippenberg, Rui Ning Wang, Guanhao Huang, Zheru Qiu, Yujia Yang, Junqiu Liu, Arslan Sajid Raja
2022
Article
Résumé

Quantum information, communication, and sensing rely on the generation and control of quantum correlations in complementary degrees of freedom. Free electrons coupled to photonics promise novel hybrid quantum technologies, although single-particle correlations and entanglement have yet to be shown. In this work, we demonstrate the preparation of electron-photon pair states using the phase-matched interaction of free electrons with the evanescent vacuum field of a photonic chip-based optical microresonator. Spontaneous inelastic scattering produces intracavity photons coincident with energy-shifted electrons, which we employ for noise-suppressed optical mode imaging. This parametric pair-state preparation will underpin the future development of free-electron quantum optics, providing a route to quantum-enhanced imaging, electron-photon entanglement, and heralded single-electron and Fock-state photon sources.

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Proximité ontologique
Informatique théorique
Concepts associés (32)
Photon
Le photon est le quantum d'énergie associé aux ondes électromagnétiques (allant des ondes radio aux rayons gamma en passant par la lumière visible), qui présente certaines caractéristiques de particule élémentaire. En théorie quantique des champs, le photon est la particule médiatrice de l’interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d’un point de vue quantique comme un échange de photons.
Intrication quantique
En mécanique quantique, l'intrication quantique, ou enchevêtrement quantique, est un phénomène dans lequel deux particules (ou groupes de particules) forment un système lié, et présentent des états quantiques dépendant l'un de l'autre quelle que soit la distance qui les sépare. Un tel état est dit « intriqué » ou « enchevêtré », parce qu'il existe des corrélations entre les propriétés physiques observées de ces particules distinctes. En effet, le théorème de Bell démontre que l'intrication donne lieu à des actions non locales.
Électron
L'électron, un des composants de l'atome avec les neutrons et les protons, est une particule élémentaire qui possède une charge élémentaire de signe négatif. Il est fondamental en chimie, car il participe à presque tous les types de réactions chimiques et constitue un élément primordial des liaisons présentes dans les molécules. En physique, l'électron intervient dans une multitude de rayonnements et d'effets.
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