Ingeniería de la Luz con la onda continua Optical Parametric Oscillators Estado Quantum

Resumen

Se describe la generación confiable de estados no gaussiana de viajar campos ópticos, incluidos los estados de fotón único y superposiciones estatales coherentes, utilizando un método de preparación condicional empleados en la luz no clásica emitida por osciladores paramétricos ópticos. Osciladores emparejados eliminación de tipo I y de tipo II son considerados y procedimientos comunes, como el filtrado de frecuencia requerida o la alta eficiencia caracterización estado cuántico por homodyning, se detallan.

Resumen

Ingeniería de los estados no clásicos del campo electromagnético es una búsqueda central de la óptica cuántica ^1,2. Más allá de su importancia fundamental, tales estados son de hecho los recursos para la implementación de varios protocolos, que van desde mejorar la metrología para la comunicación cuántica y la computación. Una variedad de dispositivos se puede utilizar para generar estados no clásicos, como emisores individuales, interfaces luz-materia o sistemas no lineales ^3. Nos centramos aquí en el uso de un oscilador paramétrico óptico de onda continua ^{de 3,4.} Este sistema está basado en un cristal de ² χ no lineal insertado dentro de una cavidad óptica y es ahora bien conocido como una fuente muy eficiente de la luz no clásica, como en modo individual o de dos modos vacío comprimido dependiendo del cristal la adaptación de fase.
Vacío comprimido es un estado de Gauss como sus distribuciones cuadratura siguen una estadística de Gauss. Sin embargo, se ha demostrado que el número de protocolos requieren no Gaussian dice ^5. Generar directamente tales estados es una tarea difícil y requeriría fuerte χ ³ no linealidades. Otro procedimiento, probabilístico sino anunciada, consiste en utilizar un no-linealidad inducida medición a través de una técnica de preparación condicional empleados en estados Gaussianos. Aquí detallamos protocolo de esta generación de dos estados no gaussiana, el estado de fotón único y una superposición de estados coherentes, utilizando dos osciladores paramétricos diferente fase de concordancia como recursos primarios. Esta técnica permite la consecución de una alta fidelidad con el estado objetivo y la generación del estado en un modo de espacio-temporal bien controlada.

Introducción

La capacidad de diseñar el estado cuántico de viajar campos ópticos es un requisito fundamental para la ciencia de la información cuántica y la tecnología ^1, incluyendo la comunicación cuántica, computación y metrología. Aquí, se discute la preparación y caracterización de algunos estados cuánticos específicos utilizando como recurso principal la luz emitida por la onda continua osciladores paramétricos ópticos ^3,4 operados por debajo del umbral. En concreto, dos sistemas serán consideradas - un OPO emparejado fase de tipo-II y un tipo-I OPO - permitiendo respectivamente la generación confiable de fotones individuales anunciadas y de superposici....

Protocolo

1. Óptico paramétrico Oscilador

1. Construir un 4 cm de largo cavidad lineal semimonolithic (para mejorar la estabilidad mecánica y las pérdidas intracavitarios reducidas). El espejo de entrada está recubierta directamente sobre una cara del cristal no lineal.
2. Elija un acoplador de entrada de reflexión de 95% para la bomba a 532 nm y de alta reflexión de la señal y la polea loca en 1064 nm. A la inversa, elegir el acoplador de salida a ser altamente reflectante para la bomba y de la transmitancia T = 10% para el infrarrojo. El rango espectral libre del OPO es igual a Δω = 4,3 GHz y el ancho de banda es de alrededor de 60 MHz. Hacer la cavidad triple....

Resultados

Para el OPO tipo II y la generación de alta fidelidad estado solo fotón:
La reconstrucción tomográfica del estado anunciado se muestra en la Figura 2, donde se muestran los elementos de la diagonal de la matriz de densidad reconstruida y la función de Wigner correspondiente. Sin ningún tipo de correcciones de pérdida, el estado anunciada exhibe un componente de un solo fotón tan alta como 78%. Al tomar en cuenta las pérdidas de detección general (15%), el estado alcanza una fidelidad de 91% con u.......

Discusión

La técnica de preparación condicional que se presenta aquí es siempre una interacción entre el recurso bipartita inicial y la medición realizada por el detector de heraldo. Estos dos componentes influyen fuertemente en las propiedades cuánticas de la situación generada.

En primer lugar, la pureza de los estados preparados depende en gran medida de la del recurso inicial, por lo que se requiere una "buena" OPO. ¿Qué es un "buen" OPO? Se trata de un dispositivo para el que .......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Bomba láser	Innolight	Diabolo	Doble salida, IR y 532 nm
KTP y PPKTP cristal	Raicol		Disponible de otros proveedores
Filtros interferenciales	asociados Fotodiodos
alta eficiencia	Fermionics		Eficiencia cuántica superior al 97%
Osciloscopio	Lecroy	Wave runner 610 Zi	Utilizado para la adquisición de datos
Analizador de espectro	Agilent	N9000A	Disponible de otros proveedores
Rotor Faraday	Qioptic	FR-1060-5SC	Disponible de otros proveedores
PZT	PI	P-016.00H	Disponible de otros proveedores
Detectores superconductores de fotón único	Scontel	SSPD	de baja oscuridad
Interruptor óptico	Thorlabs	OSW12-980E	Disponible de otros proveedores

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