Ein Quantenlogik-Gatter für freie Elektronen

Neuauflage von Plato

Verfolger: 0

Stefan Löffler¹, Thomas Schachinger^1,2, Peter Hartel³, Peng-Han Lu^4,5, Rafal E. Dunin-Borkowski⁴, Martin Obermair⁶, Manuel Dries⁶, Dagmar Gerthsen⁶, und Peter Schattschneider^1,2

¹Universitätsservicezentrum für Transmissionselektronenmikroskopie, TU Wien, Wiedner Hauptstraße 8-10/E057-02, 1040 Wien, Österreich
²Institut für Festkörperphysik, TU Wien, Wiedner Hauptstraße 8-10/E138-03, 1040 Wien, Österreich
³CEOS Corrected Electron Optical Systems GmbH, Englerstraße 28, 69126 Heidelberg, Deutschland
⁴Ernst Ruska-Zentrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen (ER-C) und Peter Grünberg Institut, Forschungszentrum Jülich, 52425 Jülich, Deutschland
⁵RWTH Aachen, Ahornstraße 55, 52074 Aachen, Deutschland
⁶Laboratorium für Elektronenmikroskopie (LEM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Engesserstraße 7, 76131 Karlsruhe, Deutschland

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Abstrakt

Die topologische Ladung $m$ der Wirbelelektronen spannt einen unendlichdimensionalen Hilbert-Raum auf. Wählt man einen zweidimensionalen Unterraum aus, der von $m=pm 1$ aufgespannt wird, kann ein Strahlelektron in einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) als Quantenbit (Qubit) betrachtet werden, das sich frei in der Spalte ausbreitet. Eine Kombination aus elektronenoptischen Quadrupollinsen kann als universelles Gerät dienen, um solche Qubits nach Ermessen des Experimentators zu manipulieren. Wir bauen ein TEM-Sonden bildendes Linsensystem als Quantengatter auf und demonstrieren seine Wirkung numerisch und experimentell. High-End-TEMs mit Aberrationskorrektoren sind eine vielversprechende Plattform für solche Experimente und eröffnen den Weg zur Untersuchung von Quantenlogikgattern im Elektronenmikroskop.

Ausgewähltes Bild: Links: Schematische Darstellung des elektronenoptischen Aufbaus. Mitte: Einfallende Wellenfunktion. Rechts: Transformierte ausgehende Wellenfunktion und experimentelle Intensitätsverteilung.

Populäre Zusammenfassung

Dieses Machbarkeitsexperiment zeigt, dass freie Elektronen in einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) als Qubits, die Bausteine für Quantencomputer, verwendet werden können. Wir demonstrieren ein Quantenlogikgatter, das diese Qubits von einem Zustand in einen anderen überführen kann. Mit einer räumlichen Auflösung bis in atomare Dimensionen eignet sich das TEM ideal für die Untersuchung der Grundlagen der Quantenmanipulation. Zusätzlich zu den möglichen Anwendungen im Quantencomputing ebnet diese Studie auch den Weg für eine deutliche Verbesserung der Effizienz des TEM, indem der Elektronenstrahl in einen optimalen Quantenzustand für ein bestimmtes Experiment umgewandelt wird.

► BibTeX-Daten

@article{Loffler2023quantumlogicgate, doi = {10.22331/q-2023-07-11-1050}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-07-11-1050}, title = {Ein Quantum Logikgatter für freie Elektronen}, Autor = {L{“{o}}ffler, Stefan und Schachinger, Thomas und Hartel, Peter und Lu, Peng-Han und Dunin-Borkowski, Rafal E. und Obermair, Martin und Dries, Manuel und Gerthsen, Dagmar und Schattschneider, Peter}, Zeitschrift = {{Quantum}}, issn = {2521-327X}, Herausgeber = {{Verein zur Förderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, Band = {7}, Seiten = {1050}, Monat = Juli, Jahr = {2023} }

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Quelle: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-07-11-1050/

Zeitstempel: 11. Juli 2023

Zeitstempel: 1. Juni 2023

Ein Quantenlogikgatter für freie Elektronen

Neuauflage von Plato

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