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Mar 10, 2023

Óptica cuántica con electrones libres

Resumen: Hasta hace poco tiempo, el trabajo en óptica cuántica se centró en la interacción de la luz

Abstracto: Hasta hace poco, el trabajo en óptica cuántica se centraba en la interacción de la luz con sistemas de electrones enlazados, como átomos, puntos cuánticos y cristales ópticos no lineales. Por el contrario, los sistemas de electrones libres permiten fenómenos físicos fundamentalmente diferentes, ya que su distribución de energía es continua y no discreta, lo que permite transiciones sintonizables y reglas de selección.

Los avances teóricos y experimentales recientes relacionados con las interacciones cuánticas de los electrones libres generaron un campo nuevo y emocionante: la óptica cuántica de electrones libres. Desarrollamos una plataforma para explorar la óptica cuántica de electrones libres a nanoescala y la usamos para demostrar la primera interacción coherente de un electrón libre con una cavidad fotónica y con las estadísticas cuánticas de los fotones.

Estas capacidades abren nuevos caminos hacia el uso de electrones libres como portadores de información cuántica. Los electrones libres emergen como fuentes ópticas cuánticas para los estados fotónicos deseados que se utilizan en la computación y comunicación cuánticas tolerantes a fallas, como los estados cat de Schrödinger y los estados GKP.

Los conceptos de óptica cuántica con electrones libres también promueven nuevas modalidades en microscopía electrónica. Demostramos la primera instancia de amplificación coherente en microscopía electrónica. Nuestra visión es desarrollar un microscopio que pueda obtener imágenes de la coherencia, yendo más allá de las imágenes convencionales de la materia para obtener también imágenes del estado cuántico coherente de la materia y sondear las correlaciones cuánticas entre los sistemas cuánticos individuales.