基于自由电子-光子相互作用的干涉效应产生光学猫态

作     者：孙风潇 方一奇 何琼毅 刘运全 Feng-Xiao Sun;Yiqi Fang;Qiongyi He;Yunquan Liu

作者机构：State Key Laboratory for Mesoscopic PhysicsSchool of PhysicsFrontiers Science Center for Nano-optoelectronics&Collaborative Innovation Center of Quantum MatterPeking UniversityBeijing 100871China Collaborative Innovation Center of Extreme OpticsShanxi UniversityTaiyuan 030006China Peking University Yangtze Delta Institute of OptoelectronicsNantong 226010China Hefei National LaboratoryHefei 230088China Beijing Academy of Quantum Information SciencesBeijing 100193China 

出 版 物：《Science Bulletin》 (科学通报（英文版）)

年 卷 期：2023年第68卷第13期

页      面：1366-1371,M0003页

核心收录：

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：supported by the National Key R&D Program(2022YFA1604301) the National Natural Science Foundation of China(92050201,92250306,11975026,12125402,and 12147148) the Key R&D Program of Guangzhou Province(2018B030329001) the Beijing Natural Science Foundation(Z190005) the China Postdoctoral Science Foundation(2020M680186) the Innovation Program for Quantum Science and Technology(2021ZD0301500)。 

主　　题：Free-electron–photons interactions Cat states Quantum interference Ultrafast 

摘      要：由自由电子-光子相互作用引起的新型量子效应因其在超快量子信息处理中的潜在应用而引起了越来越多的关注.薛定谔猫态是量子信息处理中极其重要的量子资源,本文基于光子诱导近场电子显微镜提出了制备与调控含有大量光子的光学猫态的理论新方案.基于自由电子与光子间多通道相互作用的量子干涉效应,可观测到输出光场量子态的Wigncr负性随相互作用强度的振簕现象,且在Wigner负性的振荡峰值处可以实现保真度高于0.99的光学猫态.通过改变自由电子-光子间相互作用强度,以及对电子进行不同的投影测量,可以对猫态尺度等性质进行调控.本研究刻画了输出光场的精密测量能力,揭示了猫态在量子精密测量任务中的优势,加深了人们对于自由电子-光子相互作用的量子效应的认识与理解,为非经典量子态的超快制备与调控提供了全新的思路.