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A quantum logic gate for free electrons

Löffler, Stefan; Schachinger, Thomas; Hartel, Peter; Lu, Peng-Han; Dunin-Borkowski, Rafal E.; Obermair, Martin 1; Dries, Manuel 1; Gerthsen, Dagmar 1; Schattschneider, Peter
1 Laboratorium für Elektronenmikroskopie (LEM), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

The topological charge m of vortex electrons spans an infinite-dimensional Hilbert space. Selecting a two-dimensional subspace spanned by m=±1, a beam electron in a transmission electron microscope (TEM) can be considered as a quantum bit (qubit) freely propagating in the column. A combination of electron optical quadrupole lenses can serve as a universal device to manipulate such qubits at the experimenter's discretion. We set up a TEM probe forming lens system as a quantum gate and demonstrate its action numerically and experimentally. High-end TEMs with aberration correctors are a promising platform for such experiments, opening the way to study quantum logic gates in the electron microscope.

Zugehörige Institution(en) am KIT Laboratorium für Elektronenmikroskopie (LEM)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsjahr 2023
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2521-327X
KITopen-ID: 1000161731
Erschienen in Quantum
Verlag Verein zur Förderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften
Band 7
Seiten Art.-Nr.: 1050
Vorab online veröffentlicht am 11.07.2023
Nachgewiesen in OpenAlex
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Relationen in KITopen

Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000161731
Veröffentlicht am 31.08.2023
Originalveröffentlichung
DOI: 10.22331/q-2023-07-11-1050
Scopus
Zitationen: 2
Dimensions
Zitationen: 3
Seitenaufrufe: 72
seit 31.08.2023
Downloads: 24
seit 05.09.2023
Cover der Publikation
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