자유 전자를 위한 양자 논리 게이트

자유 전자를 위한 양자 논리 게이트

타임 스탬프 : 11 년 2023 월 4 일 오전 49:XNUMX
소스 노드 : 2768981

스테판 뢰플러1, 토마스 샤칭거1,2, 피터 하텔3, 루펑한4,5, 라팔 E. 두닌-보르코프스키4, 마틴 오버마이어6, 마누엘 드라이스6, 다그마르 게르트센6및 피터 샤트슈나이더1,2

1투과 전자 현미경을 위한 대학 서비스 센터, TU Wien, Wiedner Hauptstraße 8-10/E057-02, 1040 Wien, Austria
2고체 물리학 연구소, TU Wien, Wiedner Hauptstraße 8-10/E138-03, 1040 Wien, Austria
3CEOS Corrected Electron Optical Systems GmbH, Englerstraße 28, 69126 Heidelberg, Germany
4전자를 이용한 현미경 및 분광학(ER-C)을 위한 Ernst Ruska 센터 및 Peter Grünberg Institute, Forschungszentrum Jülich, 52425 Jülich, Germany
5RWTH 아헨 대학교, Ahornstraße 55, 52074 아헨, 독일
6Laboratorium für Elektronenmikroskopie (LEM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Engesserstraße 7, 76131 Karlsruhe, Germany

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추상

소용돌이 전자의 위상학적 전하 $m$는 무한차원 힐베르트 공간에 걸쳐 있습니다. $m=pm 1$에 걸쳐 있는 XNUMX차원 부분공간을 선택하면 투과전자현미경(TEM)의 빔 전자는 열에서 자유롭게 전파되는 양자 비트(큐비트)로 간주될 수 있습니다. 전자 광학 사중극자 렌즈의 조합은 실험자의 재량에 따라 이러한 큐비트를 조작하는 범용 장치 역할을 할 수 있습니다. 우리는 양자 게이트로 렌즈 시스템을 형성하는 TEM 프로브를 설정하고 그 작용을 수치적, 실험적으로 시연합니다. 수차 보정기를 갖춘 고급 TEM은 이러한 실험을 위한 유망한 플랫폼으로, 전자 현미경에서 양자 논리 게이트를 연구할 수 있는 길을 열어줍니다.

주요 이미지: 왼쪽: 전자-광학 설정의 개략도. 중간: 입사 파동함수. 오른쪽: 변환된 나가는 파동함수와 실험적 강도 분포.

인기 요약

이 원리 증명 실험은 투과전자현미경(TEM)의 자유 전자가 양자 컴퓨터의 구성 요소인 큐비트로 사용될 수 있음을 보여줍니다. 우리는 이러한 큐비트를 한 상태에서 다른 상태로 변환할 수 있는 양자 논리 게이트를 시연합니다. 원자 차원까지의 공간 분해능을 갖춘 TEM은 양자 조작의 기본을 연구하는 데 이상적으로 적합합니다. 양자 컴퓨팅의 가능한 응용 외에도, 이 연구는 주어진 실험에 대해 전자빔을 최적의 양자 상태로 변환함으로써 TEM의 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 길을 열었습니다.

► BibTeX 데이터

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