发表机构
Univ Lyon, Ens de Lyon, Université Claude Bernard Lyon 1, CNRS, Laboratoire de Physique; Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure, ENS, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris; Laboratoire PhLam (UMR 8523), Université de Lille（里昂大学，巴黎高等师范学院里昂分校，克洛德·贝尔纳里昂大学，法国国家科学研究中心，物理实验室; 巴黎高等师范学院物理实验室，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学，巴黎大学; PhLam实验室（联合研究单位8523），里尔大学）
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本研究提出光辅助双电子层析成像方案，利用直流电流与电流关联重建量子相干性，可检测库仑耦合量子霍尔边缘通道中的相互作用诱导能量纠缠，为弹道量子电路电子纠缠表征提供直接途径。
AI 中文摘要
在量子电路中传播的电子之间的纠缠见证需要获取它们的双电子相干性，该相干性编码了库仑相互作用产生的两粒子量子关联。然而，双电子相干性的实验重建仍然是一个重大挑战。我们提出了光辅助双电子层析成像，这是一种从电子量子光学实验中常规测量的直流电流和时间平均电流关联中重建量子相干性的方案。用小射频信号驱动能量滤波器，可将频域中的非对角相干性编码到直流电流响应中，从而无需依赖电流噪声测量即可实现单电子层析成像。将其扩展到两个通道，两个光辅助滤波器后的电流关联可重建双电子维格纳分布并分离其不可约两体部分。当应用于库仑耦合的量子霍尔边缘通道时，该方案揭示了相互作用诱导的能量纠缠。在实际器件参数下，该纠缠的特征可通过基于柯西-施瓦茨不等式的纠缠见证的违反以及维格纳函数的负性在热背景之上被分辨出来。广义的弗朗森几何进一步将该方法扩展到通道内双电子相干性。这为检测和表征弹道量子电路中的电子纠缠开辟了直接途径。
英文摘要
Witnessing entanglement between electrons propagating in quantum circuits requires accessing their two-electron coherences, which encode the two-particle quantum correlations generated by Coulomb interactions. Yet, experimental reconstruction of two-electron coherence remains a major challenge. We introduce photo-assisted two-electron tomography, a quantum coherence reconstruction protocol from dc-currents and time-averaged current correlations, routinely measured in electron quantum optics experiments. Driving an energy filter with a small rf tone encodes off-diagonal coherences in the frequency domain into the dc-current response, enabling single-electron tomography without resorting to current-noise measurements. Extending it to two channels, current correlations after two photo-assisted filters reconstruct the two-electron Wigner distribution and isolate its irreducible two-body part. When applied to Coulomb-coupled quantum Hall edge channels, the protocol reveals interaction-induced energy entanglement. Signatures of this entanglement are visible through the violation of an entanglement witness based on Cauchy-Schwarz inequalities, as well as Wigner function negativities, which remain resolved above the thermal background for realistic device parameters. A generalized Franson geometry further extends the approach to intra-channel two-electron coherences. This opens a direct pathway to detect and characterize electronic entanglement in ballistic quantum circuits.
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