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

El objetivo de este experimento es generar estados no gaussianos de campos ópticos en movimiento con alta fidelidad, incluyendo superposiciones de estados de un solo fotón y estados coherentes conocidos como estados de gato de Schrödinger (CAT). Esto se logra utilizando haces correlacionados no clásicos como fuente de luz principal. Como segundo paso, se detecta un solo fotón en uno de los haces, lo que resulta en la proyección del otro haz en un estado cuántico condicional anunciado.

Esta técnica se conoce como preparación condicional, en la que un recurso gaussiano inicial se combina con una medición no gaussiana, como el conteo de fotones. A continuación, el estado anunciado se mide mediante detección homodina para realizar la tomografía completa del estado cuántico. Finalmente, se obtienen resultados que muestran una ingeniería de estados cuánticos con alta fidelidad basada en dos osciladores paramétricos ópticos diferentes.

La técnica presentada permite la donación de estados cuánticos que son recursos importantes para una variedad de protocolos de información. De forma significativa, nuestro procedimiento basado en el estado paramétrico óptico o oio posibilita obtener una mezcla muy baja de estados de vacío ID 80 y la emisión hacia un molde espacial bien controlado enviado a la cavidad oio. Esta característica facilita el uso de estos estados en protocolos posteriores donde podrían necesitar interferir con otros recursos ópticos, por ejemplo, en implementaciones ópticas de GA o en contenidos más complejos.

Para realizar este procedimiento, construya una cavidad lineal semimonolítica para mejorar la estabilidad mecánica y reducir las pérdidas dentro de la cavidad, e incluya un cristal de KTP y un espejo de entrada que esté recubierto directamente sobre una cara del cristal no lineal, mientras que la otra cara tiene un recubrimiento antirreflejo. Elija un acoplador de entrada con una reflectancia del 95 % para la bomba a 532 nanómetros y alta reflectancia para la señal y el idler a 1064 nanómetros. Por el contrario, elija el acoplador de salida para que sea altamente reflectante para la bomba y tenga una transmitancia adecuada.

T equivale al 10 % para el infrarrojo. El rango espectral libre del oscilador paramétrico óptico es igual a 4,3 gigahercios y el ancho de banda es de aproximadamente 60 megahercios. Utilice un láser de neodimio YAG de onda continua con frecuencia duplicada como fuente láser para bombear el OPO a 532 nanómetros, y logre el acoplamiento de modos entre el bombeo y el modo de la cavidad.

Haga que la cavidad sea triplemente resonante ajustando la temperatura del cristal y la frecuencia del láser. Para ello, verifique los picos de transmisión de la luz infrarroja y verde en un osciloscopio. También se inyecta una luz infrarroja débil en el bloqueo del OPO.

La longitud de la cavidad OPO en resonancia con la bomba mediante la técnica DRE Hall. Con este fin, aplique una modulación electroóptica a la bomba y detecte la luz reflejada hacia atrás procedente de la cavidad mediante un aislador óptico en un divisor de haz polarizante. Separe los campos señal e idler.

Uno corresponde al modo de anuncio, mientras que el otro es el estado anunciado que será detectado mediante la detección homodina. Dirija el modo de anuncio hacia el detector de un solo fotón. Filtre el modo de anuncio para eliminar los modos no degenerados en frecuencia debidos a la cavidad del OPO.

Primero, utilice un filtro inferencial con un ancho de banda de 0,5 nanómetros. Añada una cavidad Fabry-Perot lineal casera con un rango espectral libre de 330 gigahercios y un ancho de banda de 300 megahercios. Se elige un ancho de banda de la cavidad mayor que el del OPO y un rango espectral libre mayor que la ventana de frecuencia del filtro inferencial.

Logre al menos una atenuación general de 25 decibelios de los modos no degenerados. Después de estabilizar la trayectoria según se detalla en el protocolo del texto, detecte el modo de anuncio filtrado mediante un detector de un solo fotón durante el período de medición. Se utiliza un detector superconductor de un solo fotón para limitar la cantidad de ruido oscuro, lo cual degradaría de otro modo la señal.

La fidelidad del estado condicional. Detecte el estado anunciado mediante una detección homodina balanceada compuesta por un divisor de haz 50/50, donde el campo a caracterizar y un oscilador local continuo y potente se hacen interferir, junto con un par de fotodiodos de alta eficiencia cuántica en gas. Para alinear la detección, inyecte un haz auxiliar brillante a 1064 nanómetros dentro de la cavidad del OPO y del modo.

Combine esto con el modo del oscilador local. Alcance una visibilidad de franja cercana a la unidad. Cualquier desajuste cuadrático de modo se traduce en pérdidas de detección.

Verifique las propiedades de detección homodina con una potencia de oscilador local de seis milivatios. El límite de ruido de disparo es plano hasta 50 megahercios. Está a más de 20 decibelios por encima del ruido electrónico a baja frecuencia de análisis, y 16 decibelios por encima a la frecuencia de análisis de 50 megahercios.

Esta distancia es un parámetro crítico, ya que se traduce en pérdidas en la detección. Por cada evento de detección del detector de un solo fotón, registre la corriente fotoeléctrica ho moddy utilizando un osciloscopio con una frecuencia de muestreo de cinco gigamuestras por segundo. Durante 100 nanosegundos.

Barra la fase del oscilador local con un espejo montado en un PZT durante la medición. Después de filtrar cada segmento grabado, acumule las mediciones y procese los datos posteriormente con un algoritmo de máxima verosimilitud. Este procedimiento permite la reconstrucción de la matriz de densidad del estado anunciado y de la función de Wagner correspondiente.

La reconstrucción tomográfica del estado anunciado se visualiza mediante los elementos diagonales de la matriz de densidad reconstruida y la correspondiente función de Wagner, sin correcciones por pérdidas. El estado anunciado presenta una componente de un solo fotón tan alta como el 78 %. Al tener en cuenta las pérdidas totales de detección, el estado alcanza una fidelidad del 91 % con un estado de un solo fotón. La componente de dos fotones, que resulta de pares de múltiples fotones creados por el proceso de conversión descendente, está limitada al 3 %. Se puede aplicar un procedimiento similar con un apelador de tipo uno, que es una especie de luz comprimida de un solo modo.

Al reflejar una pequeña fracción de los estados de vacío comprimido. Con un divisor de haz, se puede sustraer un solo fotón, lo que introduce errores en la preparación de un gatito. En el otro modo, el modo de condicionamiento requiere el mismo filtrado de frecuencia que se explicó en los otros experimentos; el estado indicado por la flecha se caracteriza de la misma manera. La técnica de preparación condicional presentada aquí siempre implica una interacción entre la fuente lateral inicial y la medición realizada por el detector de carga.

Estos dos componentes influyen fuertemente en las propiedades cuánticas del estado generado debido a los cristales C, la unidad, la salida, la eficiencia de los OPO y el ruido de fondo muy bajo de nuestro detector superconductor para cargas elevadas. El método presentado aquí permite la generación confiable de estados nongo con una fidelidad muy alta, limitada principalmente por las pérdidas en la detección. No olvide que trabajar con láseres puede ser extremadamente peligroso, y siempre se deben tomar precauciones, como el uso de gafas de seguridad para láser, al realizar este procedimiento.