Towards single-scan quantum state tomography of photoelectrons
(2024) In Lund Reports on Atomic Physics (LRAP) PHYM01 20241Atomic Physics
Department of Physics
- Abstract
- Today's gold standard for measuring the quantum state of a given quantum mechanical system is quantum state tomography. By preparing many identical states and performing projective measurements on them, their quantum state, described by the density matrix, can be reconstructed. A protocol called Kvanttillstånds-tomogRafi av AttoseKund-ElektroNvågpaket (KRAKEN) has been developed to perform quantum state tomography on photoelectrons. The protocol characterises the quantum state photoelectron wave packets created by ionisation of atoms by XUV pulses using photoelectron interference induced by a bichromatic IR field. In this project, a modified version of KRAKEN called poly-KRAKEN is implemented experimentally. By extending the probe field to... (More)
- Today's gold standard for measuring the quantum state of a given quantum mechanical system is quantum state tomography. By preparing many identical states and performing projective measurements on them, their quantum state, described by the density matrix, can be reconstructed. A protocol called Kvanttillstånds-tomogRafi av AttoseKund-ElektroNvågpaket (KRAKEN) has been developed to perform quantum state tomography on photoelectrons. The protocol characterises the quantum state photoelectron wave packets created by ionisation of atoms by XUV pulses using photoelectron interference induced by a bichromatic IR field. In this project, a modified version of KRAKEN called poly-KRAKEN is implemented experimentally. By extending the probe field to include more spectral components, a larger part of the density matrix is obtained in a single measurement. The poly-KRAKEN protocol is used to reconstruct the density matrix of photoelectrons emitted from argon atoms. The obtained density matrix shows an elliptical pattern, indicating a partially coherent state. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- När ljus med tillräckligt hög energi träffar ett material kan en elektron frigöras från materialet. Detta beskrevs av Einstein i början av 1900-talet som den fotoelektriska effekten. Genom att mäta rörelseenergin hos de frigjorda elektronerna, eller fotoelektronerna, kan man avgöra egenskaper hos olika material.
Dessa mätmetoder baseras på att fotoelektronen är en partikel, men den är också ett kvantobjekt. Ett sådant kvantobjekt beskrivs med kvantfysik, den teori som beskriver system på mycket liten skala, så som atomer och molekyler. Egenskaperna hos ett kvantobjekt beskrivs av ett så kallat kvanttillstånd.
Ett fenomen inom kvantfysik, som det inte finns någon motsvarighet för i den "vanliga" världen, är sammanflätning. När två... (More) - När ljus med tillräckligt hög energi träffar ett material kan en elektron frigöras från materialet. Detta beskrevs av Einstein i början av 1900-talet som den fotoelektriska effekten. Genom att mäta rörelseenergin hos de frigjorda elektronerna, eller fotoelektronerna, kan man avgöra egenskaper hos olika material.
Dessa mätmetoder baseras på att fotoelektronen är en partikel, men den är också ett kvantobjekt. Ett sådant kvantobjekt beskrivs med kvantfysik, den teori som beskriver system på mycket liten skala, så som atomer och molekyler. Egenskaperna hos ett kvantobjekt beskrivs av ett så kallat kvanttillstånd.
Ett fenomen inom kvantfysik, som det inte finns någon motsvarighet för i den "vanliga" världen, är sammanflätning. När två kvantobjekt är sammanflätade delar de någon egenskap och man kan, genom att mäta egenskapen på det ena kvantobjektet, direkt veta motsvarande egenskap för det andra kvantobjektet. Då en fotoelektron frigörs i det som beskrevs som den fotoelektriska effekten, där en elektron absorberar en foton och lämnar kvar en jon i materialet, kan fotoelektronen vara sammanflätad med den kvarlämnade jonen. För att fullständigt mäta fotoelektronens kvanttillstånd när den är sammanflätad med den kvarlämnade jonen räcker det inte att enbart mäta rörelseenergin hos fotoelektronen, utan en annan mätmetod krävs.
I Lund har en metod för att göra sådana mätningar utvecklats. Genom att förbereda många identiska fotoelektroner, och mäta dessa, kan man successivt återskapa kvanttillståndet av fotoelektronen. En begränsning med denna metod är att enbart en liten del av kvanttillståndet kan mätas i taget. Därför måste många mätningar göras, vilket i sin tur tar mycket lång tid. I detta projekt har jag implementerat en metod som låter oss mäta en större del av kvanttillståndet i en enda mätning. Framgent kan denna metod användas för att studera sammanflätningsprocesser i olika typer av material samt för att ta reda på egenskaper hos den kvarlämnade jonen. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9165611
- author
- Eklund, Samuel LU
- supervisor
-
- David Busto LU
- Anne L'Huillier LU
- organization
- course
- PHYM01 20241
- year
- 2024
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Quantum physics, atomic physics, quantum state tomography, photoelectron, attosecond physics, entanglement, density matrix
- publication/series
- Lund Reports on Atomic Physics (LRAP)
- report number
- LRAP 600
- language
- English
- id
- 9165611
- date added to LUP
- 2024-06-19 08:56:04
- date last changed
- 2024-06-19 08:56:04
@misc{9165611,
abstract = {{Today's gold standard for measuring the quantum state of a given quantum mechanical system is quantum state tomography. By preparing many identical states and performing projective measurements on them, their quantum state, described by the density matrix, can be reconstructed. A protocol called Kvanttillstånds-tomogRafi av AttoseKund-ElektroNvågpaket (KRAKEN) has been developed to perform quantum state tomography on photoelectrons. The protocol characterises the quantum state photoelectron wave packets created by ionisation of atoms by XUV pulses using photoelectron interference induced by a bichromatic IR field. In this project, a modified version of KRAKEN called poly-KRAKEN is implemented experimentally. By extending the probe field to include more spectral components, a larger part of the density matrix is obtained in a single measurement. The poly-KRAKEN protocol is used to reconstruct the density matrix of photoelectrons emitted from argon atoms. The obtained density matrix shows an elliptical pattern, indicating a partially coherent state.}},
author = {{Eklund, Samuel}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
series = {{Lund Reports on Atomic Physics (LRAP)}},
title = {{Towards single-scan quantum state tomography of photoelectrons}},
year = {{2024}},
}