激光驱动自由电子的合成希尔伯特空间
量子物理
2023-01-04 v2
摘要
近期激光与相干自由电子相互作用方面的进展使得电子量子态的塑形成为可能。每个电子成为无限量子化阶梯上能级的叠加态，已证明可包含多达数千个能级。我们提出利用此类激光驱动自由电子的量子性质作为“合成希尔伯特空间”，在其中构造并控制 qudit（量子数位）。推动我们工作的动机在于：利用电子-激光相互作用可以访问哪些 qudit 态，以及是否可能实现任意量子门。我们找到了编码和操控自由电子 qudit 态的方法，重点关注维数为 2 的幂的情形，此时 qudit 表示在同一单个电子上实现的多个量子比特——在代数上分离，但在物理上结合。作为示例，我们证明了完全控制一个四维 qudit 的可能性，并揭示了实现对任意维数完全控制所需的步骤。我们的工作丰富了自由电子在显微术和光谱学中的应用范围，为连续变量量子信息提供了一个新平台。
引用
@article{arxiv.2203.02895,
title = {The Synthetic Hilbert Space of Laser-Driven Free-Electrons},
author = {Guy Braiman and Ori Reinhardt and Chen Mechel and Omer Levi and Ido Kaminer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.02895},
year = {2023}
}