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确定给定量子力学系统的量子态是物理学中的一项基本任务。量子态层析成像在建立量子光学 [1-4] 以及揭示材料中束缚电荷的性质 [5-7] 方面发挥了关键作用。自由电子是研究和利用量子效应的另一个新兴对象，这些基本粒子是高分辨率显微镜 [8-9]、电子基量子光学 [10-17]、超快电子显微镜 [18-24] 和粒子加速器 [25-27] 的核心。然而，自由电子本质上是不相干的，除了具有分立能量边带的特殊情况 [28-29]，该研究缺乏一种广泛适用的方法来测量和控制其量子态。在此，该团队报道了一种测量连续变量中任意自由电子量子态的通用方法。两束单色但光谱偏移的激光波产生干涉量子路径，直接揭示出密度矩阵，从而揭示纯波包、系综及其相互联系的所有基本性质。作为首次应用，该工作展示了单个电子的量子态如何被周围电子气的多体库仑相互作用所改变。所报道的概念和结果为电子束中原本隐藏的关联提供了洞察，并为自由电子量子光学或量子电子显微镜中特殊量子态的受控优化提供了可能。