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物质和辐射的量子特性可以被用来突破经典传感和检测的极限。量子光学通过产生和测量非经典光来实现这一目标。然而，更好的性能需要更高光子数的态，而这些态的生成和检测具有挑战性。该研究团队结合光子和自由电子，解决了生成和检测远超单独使用光所能达到的高光子数态的问题，并进一步表明，通过测量经过适当设计的电子-光相互作用事件后的自由电子电流，可以获得前所未有的灵敏度和分辨率。该研究的关键在于，通过自由电子在光波导上的非接触反射产生的强电子-光耦合，使得每个电子都能发射或吸收大量波导光子。研究团队从理论上证明，通过将电子束分离器与两次电子-波导相互作用相结合，利用当前可达到的技术，检测光学相位变化的灵敏度可以提高十倍。此外，该工作还表明，基于电子-波导相互作用后的电子后选择，可以以兆赫兹的速率生成包含数十个光子的波导NOON态。这些结果开创了一种颠覆性的量子技术，该技术依赖于自由电子及其与波导光的强相互作用。