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Dec 16, 2023

Optique quantique à électrons libres

Résumé : Jusqu'à récemment, les travaux en optique quantique se concentraient sur l'interaction de la lumière

Abstrait: Jusqu'à récemment, les travaux en optique quantique se concentraient sur l'interaction de la lumière avec des systèmes à électrons liés tels que les atomes, les points quantiques et les cristaux optiques non linéaires. En revanche, les systèmes à électrons libres permettent des phénomènes physiques fondamentalement différents, car leur distribution d'énergie est continue et non discrète, permettant des transitions accordables et des règles de sélection.

Des percées théoriques et expérimentales récentes impliquant des interactions quantiques d'électrons libres ont donné naissance à un nouveau domaine passionnant : l'optique quantique à électrons libres. Nous avons développé une plateforme d'exploration de l'optique quantique à électrons libres à l'échelle nanométrique, et l'avons utilisée pour démontrer la première interaction cohérente d'un électron libre avec une cavité photonique et avec les statistiques quantiques des photons.

Ces capacités ouvrent de nouvelles voies vers l'utilisation d'électrons libres comme porteurs d'informations quantiques. Les électrons libres apparaissent comme des sources optiques quantiques pour les états photoniques souhaités utilisés dans le calcul et la communication quantiques tolérants aux pannes tels que les états de chat de Schrödinger et les états GKP.

Les concepts d'optique quantique à électrons libres promeuvent également de nouvelles modalités en microscopie électronique. Nous avons démontré le premier exemple d'amplification cohérente en microscopie électronique. Notre vision est de développer un microscope capable d'imager la cohérence, allant au-delà de l'imagerie conventionnelle de la matière pour également imager l'état quantique cohérent de la matière et sonder les corrélations quantiques entre les systèmes quantiques individuels.