Ruang Hilbert Sintetik dari Elektron Bebas yang Digerakkan Laser

Ruang Hilbert Sintetik dari Elektron Bebas yang Digerakkan Laser

Stempel Waktu: 3 Januari 2023 7

Guy Braiman, Ori Reinhardt, Chen Mechel, Omer Levi, dan Ido Kaminer

Departemen Teknik Listrik dan Komputer dan Solid State Institute, Technion – Institut Teknologi Israel, 32000 Haifa, Israel

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Kemajuan terbaru dalam interaksi laser dengan elektron bebas yang koheren telah memungkinkan untuk membentuk keadaan kuantum elektron. Setiap elektron menjadi superposisi tingkat energi pada tangga terkuantisasi tak terhingga, terbukti mengandung hingga ribuan tingkat energi. Kami mengusulkan untuk memanfaatkan sifat kuantum dari elektron bebas yang digerakkan laser seperti "ruang Hilbert sintetis" di mana kami membangun dan mengontrol qudit (digit kuantum). Pertanyaan yang memotivasi pekerjaan kami adalah status qudit apa yang dapat diakses menggunakan interaksi elektron-laser, dan apakah mungkin untuk mengimplementasikan gerbang kuantum sembarang. Kami menemukan cara menyandikan dan memanipulasi status qudit elektron bebas, dengan fokus pada dimensi yang merupakan kekuatan 2, di mana qudit mewakili beberapa qubit yang diimplementasikan pada satu elektron yang sama – dipisahkan secara aljabar, tetapi digabungkan secara fisik. Sebagai contoh, kami membuktikan kemungkinan untuk sepenuhnya mengontrol qudit 4-dimensi, dan mengungkapkan langkah-langkah yang diperlukan untuk kontrol penuh atas sembarang dimensi. Pekerjaan kami memperkaya jangkauan aplikasi elektron bebas dalam mikroskop dan spektroskopi, menawarkan platform baru untuk informasi kuantum variabel kontinu.

Ruang Hilbert Sintetis dari Kecerdasan Data PlatoBlockchain Elektron Bebas Berbasis Laser. Pencarian Vertikal. Ai.

Gambar unggulan: Ilustrasi ruang Hilbert sintetik dari elektron bebas yang digerakkan oleh laser.

Ringkasan populer

Berbagai platform untuk pemrosesan informasi kuantum sedang dipelajari saat ini. Dalam karya ini kami mengusulkan platform baru untuk informasi kuantum variabel kontinu - elektron bebas. Kami mengusulkan untuk memanfaatkan tingkat energi pada tangga terkuantisasi dari satu elektron bebas yang digerakkan oleh laser sebagai "ruang Hilbert sintetis" di mana kami dapat membangun dan mengontrol qudit (digit kuantum).

► data BibTeX

► Referensi

[1] Nielsen, MA dan Chuang, I., Perhitungan kuantum dan informasi kuantum (2002).
https: / / doi.org/ 10.1119 / 1.1463744

[2] Cirac, JI dan Zoller, P., Surat tinjauan fisik, 74 4091 (1995).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.74.4091

[3] Kerugian, D. dan DiVincenzo, DP, Tinjauan Fisik A, 57 120 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.57.120

[4] Knill, E., Laflamme, R. dan Milburn, GJ, Alam, 409 46 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1038 / 35051009

[5] Devoret, MH dan Schoelkopf, RJ, Sains, 339 1169 (2013).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.1231930

[6] Takui, T., Berliner, L. dan Hanson, G., komputasi kuantum berbasis resonansi putaran elektron (ESR), Springer New York (2016).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-1-4939-3658-8

[7] PW Shor, Prosiding Simposium Tahunan ke-35 tentang Yayasan Ilmu Komputer, Santa Fe NM USA, 124-134 (1994).
https: / / doi.org/ 10.1109 / SFCS.1994.365700

[8] Saffman, M., Walker, TG dan Mølmer, K., Ulasan fisika modern, 82 2313 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.82.2313

[9] Reinhardt, O., Mechel, C., Lynch, MH dan Kaminer, I., Annalen der Physik, 533 2000254 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1002 / andp.202000254

[10] Tsarev, MV, Ryabov, A. and Baum, P., Physical Review Research, 3 043033 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.043033

[11] Wernsdorfer, W. dan Ruben, M. Material Lanjutan, 31 1806687 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1002/​adma.201806687

[12] Sawant, R., Blackmore, JA, Gregory, PD, Mur-Petit, J., Jaksch, D., Aldegunde, J., … dan Cornish, SL, Jurnal Fisika Baru, 22 013027 (2020).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​ab60f4

[13] Lu, HH, Hu, Z., Alshaykh, MS, Moore, AJ, Wang, Y., Imany, P., … and Kais, S., Advanced Quantum Technologies, 3 1900074 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1002 / qute.201900074

[14] J. Brendel, N. Gisin, W. Tittel dan H. Zbinden., Surat Tinjauan Fisik, 82 2594 (1999).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.82.2594

[15] I. Marcikic, H. De Riedmatten, W. Tittel, H. Zbinden, M. Legré dan N. Gisin, Physical Review Letters, 93 180502 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.93.180502

[16] Babazadeh, A., Erhard, M., Wang, F., Malik, M., Nouroozi, R., Krenn, M. dan Zeilinger, A., Surat tinjauan fisik, 119 180510 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.180510

[17] Kok, P., Munro, WJ, Nemoto, K., Ralph, TC, Dowling, JP dan Milburn, GJ, Tinjauan Fisika Modern, 79 135 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / RevModPhys.79.135

[18] O'brien, JL, Sains, 318 1567 (2007).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.1142892

[19] O'brien, JL, Furusawa, A. dan Vučković, J., Photonics Alam, 3 687 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2009.229

[20] Aspuru-Guzik, A. dan Walther, P., Fisika alam, 8 285 (2012).
https://​/​doi.org/​10.1038/​nphys2253

[21] Lloyd, S. dan Braunstein, SL, Informasi Kuantum dengan Variabel Berkelanjutan, Springer Dordrecht (1999).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​978-94-015-1258-9_2

[22] Gottesman, D., Kitaev, A. dan Preskill, J., Phys. Pdt.A, 64 12310 (2001).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.64.012310

[23] Walschaers, M., PRX Quantum, 2 30204 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PRXQuantum.2.030204

[24] Arrazola, JM et al., Alam, 591 54 (2021).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-021-03202-1

[25] Ruimy, R., Gorlach, A., Mechel, C., Rivera, N. dan Kaminer, I., Physical Review Letters, 126 233403 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.233403

[26] Zhao, Z., Sun, XQ dan Fan, S., Phys. Rev Lett., 126 233402 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.126.233402

[27] Mechel, C., Kurman, Y., Karnieli, A., Rivera, N., Arie, A. dan Kaminer, I., Optica, 8 70 (2021).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.402693

[28] Kruit, P., Krielaart, M., van Staaden, Y. dan Loginov, S., Membuat kontras dalam mikroskop elektron menggunakan efek kuantum Zeno, EBSN (2019).

[29] Zewail, AH, Sains ,328 187 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.1166135

[30] Barwick, B., Flannigan, DJ dan Zewail, AH, Alam, 462 902 (2009).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature08662

[31] Echternkamp, ​​KE, Feist, A., Schäfer, S. dan Ropers, C., Fisika Alam, 12 1000 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1038/​nphys3844

[32] Morimoto, Y. dan Baum, P., Fisika Alam, 14 252 (2018).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41567-017-0007-6

[33] Priebe, KE, Rathje, C., Yalunin, SV, Hohage, T., Feist, A., Schäfer, S. and Ropers, C., Nature Photonics, 11 793 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41566-017-0045-8

[34] Kozák, M., Schönenberger, N. dan Hommelhoff, P., Surat tinjauan fisik, 120 103203 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.103203

[35] Feist, A., Echternkamp, ​​KE, Schauss, J., Yalunin, SV, Schäfer, S. and Ropers, C., Nature, 521 200 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature14463

[36] Reinhardt, O. dan Kaminer, I., ACS Photonics, 7 2859 (2020).
https://​/​doi.org/​10.1021/​acsphotonics.0c01133

[37] Vanacore, GM, dkk., Komunikasi alam, 9 2694 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-018-05021-x

[38] García de Abajo, FJ, Asenjo-Garcia, A. dan Kociak, M., surat Nano, 10 1859 (2010).
https://​/​doi.org/​10.1021/​nl100613s

[39] Park, ST, Lin, M., dan Zewail, AH, Jurnal Fisika Baru, 12 123028 (2010).
https:/​/​doi.org/​10.1088/​1367-2630/​12/​12/​123028

[40] García de Abajo FJ, Barwick, B. dan Carbone, F., Tinjauan Fisik B, 94 041404 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.94.041404

[41] Wang, K., Dahan, R., Shentcis, M., Kauffmann, Y., Hayun, AB, Reinhardt, O., … and Kaminer, I., Nature, 582 50 (2020)‏.
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2321-x

[42] Kfir, O. dkk., Alam, 582 46 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-020-2320-y

[43] Jones, JA dan Mosca, M., Jurnal fisika kimia, 109 1648 (1998).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.476739

[44] Vatan, Farrokh dan Colin Williams., Tinjauan Fisik A, 69 032315 (2004).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.69.032315

[45] Feist, A., dkk., Ultramikroskopi, 176 63 (2017).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.ultramic.2016.12.005

[46] Losquin, A. dan Lummen, TT, Perbatasan Fisika, 12 127301 (2017).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​s11467-016-0605-2

[47] Yalunin, SV, Feist, A. dan Ropers, C., Penelitian Tinjauan Fisik, 3 032036 (2021).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.3.L032036

[48] Dahan, R., dkk., Fisika Alam, 16 1123 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41567-020-01042-w

[49] Piazza, L. Lummen, T., Quinonez, E., Murooka, Y., Reed, BW, Barwick, B. dan Carbone, F., Komunikasi alam, 6 6407 (2015).
https://​/​doi.org/​10.1038/​ncomms7407

[50] Kruit, P., dkk., Ultramikroskopi, 164 31 (2016).
https://​/​doi.org/​10.1016/​j.ultramic.2016.03.004

[51] Juffmann, T., Koppell, SA, Klopfer, BB, Ophus, C., Glaeser, RM dan Kasevich, MA, Laporan Ilmiah, 7 1699 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-017-01841-x

[52] Okamoto, H., Latychevskaia, T. dan Fink, HW, Surat fisika terapan, 88 164103 (2006).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.2191096

[53] Kfir, O., Surat tinjauan fisik, 123 103602 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.103602

[54] Imany, P., Jaramillo-Villegas, JA, Alshaykh, MS, Lukens, JM, Odele, OD, Moore, AJ, … dan Weiner, AM, npj Quantum Information, 5 1 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41534-019-0173-8

[55] Lu, HH, Weiner, AM, Lougowski, P. dan Lukens, JM, IEEE Photonics Technology Letters, 31 1858 (2019).
https://​/​doi.org/​10.1109/​LPT.2019.2942136

[56] Kues, M., Reimer, C., Roztocki, P., Cortés, LR, Sciara, S., Wetzel, B., … dan Moss, DJ, Nature, 546 622 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature22986

[57] Rendah, PJ, Putih, BM, Cox, AA, Hari, ML dan Senko, C., Penelitian Tinjauan Fisik, 2 033128 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.2.033128

[58] Bremner, MJ, Bacon, D. dan Nielsen, MA, Tinjauan Fisik A, 71 052312 (2005).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.71.052312

[59] Rungta, P., Munro, WJ, Nemoto, K., Deuar, P., Milburn, GJ and Caves, CM, Arah dalam Optik Kuantum, Springer Berlin Heidelberg, 149-164 (2001).
https:/​/​doi.org/​10.1007/​3-540-40894-0_14

[60] Pirandola, S., Mancini, S., Braunstein, SL dan Vitali, D., Tinjauan Fisik A, 77 032309 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.77.032309

[61] Marques, B., Matoso, AA, Pimenta, WM, Gutiérrez-Esparza, AJ, Santos, MF dan Pádua, S., Laporan Ilmiah, 5 16049 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep16049

[62] Gedik, Z., Silva, IA, Çakmak, B., Karpat, G., Vidoto, ELG, Soares-Pinto, DDO, … dan Fanchini, FF, Laporan Ilmiah, 5 14671 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1038 / srep14671

[63] Kiktenko, EO, Fedorov, AK, Strakhov, AA dan Man'Ko, VI, Fisika Huruf A, 379 1409 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2015.03.023

[64] Bliokh, KY, Bliokh, YP, Savel'Ev, S. and Nori, F., Physical Review Letters, 99 190404 (2007).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.99.190404

[65] Cai, W., Reinhardt, O., Kaminer, I. dan de Abajo, FJG, Tinjauan Fisik B, 98 045424 (2018).
https://​/​doi.org/​10.1103/​PhysRevB.98.045424

[66] Vanacore, GM, et al., Bahan alam, 18 573 (2019).
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41563-019-0336-1

[67] Verbeeck, J., Tian, ​​H. dan Schattschneider, P., Alam, 467 301 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature09366

[68] Uchida, M. dan Tonomura, A., Alam, 464 737 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature08904

[69] McMorran, BJ, Agrawal, A., Anderson, IM, Herzing, AA, Lezec, HJ, McClelland, JJ dan Unguris, J., Science, 331 192 (2011).
https://​/​doi.org/​10.1126/​science.1198804

[70] Larocque, H., Kaminer, I., Grillo, V., Leuchs, G., Padgett, MJ, Boyd, RW, Segev M. dan Karimi, E., Fisika Kontemporer, 59 126 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107514.2017.1418046

[71] Wang, J., Yang, J., Fazal, IM, Ahmed, N., Yan, Y., Huang, H., Ren, Y., Yue, Y., Dolinar, S., Tur, M. and Willner , AE, Fotonik alam, 6 488 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1038 / nphoton.2012.138

[72] Allen, L., Beijersbergen, MW, Spreeuw, RJC dan Woerdman, JP, Tinjauan fisik A, 45 8185 (1992).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.45.8185

[73] Gibson, G., Courtial, J., Padgett, MJ, Vasnetsov, M., Pas'ko, V., Barnett, SM dan Franke-Arnold, S., Optics express, 12 5448 (2004).
https://​/​doi.org/​10.1364/​OPEX.12.005448

[74] Perumangatt, C., Lal, N., Anwar, A., Reddy, SG dan Singh, RP, Fisika Huruf A, 22 1858 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.physleta.2017.04.002

Dikutip oleh

Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.

Stempel Waktu:

Lebih dari Jurnal Kuantum