Method Article

Quantum État génie de la lumière avec continu-ondes optiques paramétriques oscillateurs

DOI:

10.3791/51224

May 30th, 2014

In This Article

Summary

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Nous décrivons la génération fiable des Etats non gaussiennes de voyager champs optiques, y compris les états de photons uniques et des superpositions d'état cohérentes, en utilisant une méthode de préparation conditionnel exploités sur la lumière non-classique émise par des oscillateurs paramétriques optiques. De type I et de type II oscillateurs en phase appariés sont considérés et procédures communes, telles que le filtrage de fréquence requise ou la haute efficacité état quantique caractérisation par homodynage, sont détaillées.

Abstract

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Ingénierie états non-classiques du champ électromagnétique est une quête central pour l'optique quantique 1,2. Au-delà de leur importance fondamentale, ces Etats sont en effet les ressources pour la mise en œuvre de divers protocoles, allant de la métrologie améliorée pour la communication quantique et l'informatique. Une variété de dispositifs peut être utilisé pour générer des états non-classiques, tels que les émetteurs simples, interfaces lumière-matière ou de systèmes non linéaires 3. Nous nous concentrons ici sur l'utilisation d'une onde continue oscillateur paramétrique optique 3,4. Ce système est basé sur un non-linéaire χ 2 cristal inséré à l'intérieur d'une cavité optique, et il est maintenant bien connu en tant que source très efficace de la lumière non-classique, tel que monomode ou bimode vide comprimé en fonction du cristal adaptation de phase.
Vide comprimé est un état gaussien que ses distributions en quadrature suivent une statistique gaussienne. Cependant, il a été montré que nombre de protocoles exigent non Gaussian précise 5. Générer directement ces Etats est une tâche difficile et exigerait une forte χ 3 non-linéarités. Un autre mode opératoire, mais probabiliste annoncée, consiste à utiliser une non-linéarité de la mesure induit par-l'intermédiaire d'une technique de préparation conditionnel exploités sur les états de Gauss. Ici, nous détaillons ce protocole de génération de deux États non gaussiennes, l'état de photon unique et une superposition d'états cohérents, à l'aide de deux oscillateurs paramétriques différemment élimination identifié comme ressources primaires. Cette technique permet la réalisation d'une grande fidélité à l'état ciblée et la génération de l'Etat dans un mode spatio-temporelle bien contrôlée.

Introduction

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La capacité de construire l'état quantique de voyager champs optiques est une exigence centrale pour la science de l'information quantique et de la technologie 1, y compris la communication quantique, l'informatique et la métrologie. Ici, nous discutons de la préparation et la caractérisation de certains états quantiques spécifiques utilisant comme ressource principale de la lumière émise par onde continue optiques paramétriques oscillateurs 3,4 exploités en dessous du seuil. Plus précisément, deux systèmes seront considérés - une OPO accord de phase de type II et un de type I OPO - permettant respectivement la génération fiable de p....

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Protocol

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1. Oscillateur paramétrique optique

  1. Construire un 4 cm de long cavité linéaire semimonolithic (pour une meilleure stabilité mécanique et pertes intracavité réduits). Le miroir d'entrée est directement appliqué sur une face du cristal non linéaire.
  2. Choisissez un coupleur d'entrée de réflexion de 95% pour la pompe à 532 nm et à haute réflexion pour le signal et le pignon à 1064 nm. Inversement, choisir le coupleur de sortie pour être hautement réfléchissante pour la pompe et du facteur de transmission T = 10% pour l'infrarouge. L'intervalle spectral libre de l'OPO est égal à Δω = 4.3 GHz et la bande passante est de l'ordre d....

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Results

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Pour l'OPO de type II et la génération de haute fidélité état de photon unique:
La reconstruction tomographique de l'état annoncé est représenté sur la figure 2, où les éléments diagonaux de la matrice de densité reconstruit et la fonction de Wigner correspondant sont affichés. Sans les corrections de perte, l'Etat annoncée présente une composante de photon unique aussi élevée que 78%. En prenant en compte les pertes de détection global (15%), l'état atteint une fidélité de 91% avec un état à un se.......

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Discussion

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La technique de préparation conditionnelle présentée ici est toujours une interaction entre la ressource bipartite initiale et la mesure effectuée par le détecteur d'annonciateur. Ces deux éléments influencent fortement les propriétés quantiques de l'état généré.

Tout d'abord, la pureté des états préparés dépend fortement de celui de la ressource initiale, donc une «bonne» OPO est nécessaire. Qu'est-ce qu'un «bon» OPO? Il s'agit d'un dispositif pour lequel l'e.......

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Disclosures

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Les auteurs déclarent qu'ils n'ont aucun intérêt financier concurrents.

Acknowledgements

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Ce travail est soutenu par le programme ERA-NET CHIST-ERA (projet 'de QScale ») et par l'ERC subvention de départ» HybridNet. F. Barbosa reconnaît le soutien de la CNR et la FAPESP, et K. Huang le soutien de la Fondation pour l'auteur de National excellente thèse de doctorat de Chine (PY2012004) et le China Scholarship Council. C. Fabre et J. Laurat sont membres de l'Institut Universitaire de France.

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Pompe laserInnolightDiaboloDouble sortie, IR et 532 nm
KTP et PPKTPcristal RaicolDisponible chez d’autres fournisseurs
Filtres interférentielsBarr associe
photodiodes à haut rendementFermionicsEfficacité quantique supérieure à 97 %
Oscilloscope  ;LecroyWave runner 610 ZiUtilisé pour l’acquisition de données
Analyseur de spectreAgilentN9000ADisponible chez d’autres fournisseurs
Rotateur de FaradayQiopticFR-1060-5SCDisponible chez d’autres fournisseurs
PZTPIP-016.00HDisponible chez d’autres fournisseurs
Détecteurs monophotons supraconducteursScontelSSPDlow dark counts
Commutateur optiqueThorlabsOSW12-980EDisponible chez d’autres fournisseurs
des

References

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  1. Dell'Anno, F., et al. Multiphoton quantum optics and quantum state engineering. Phys. Reports. 428, 53-168 (2006).
  2. O'Brien, J. L., et al. Photonic quantum technologies. Nature Photon. 3, 687-695 (2009).
  3. Bachor, H. -A., Ralph, T. C.

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Optical Parametric OscillatorQuantum State EngineeringNon Gaussian StatesConditional Preparation TechniqueHomodyne DetectionSingle Photon DetectionSqueezed VacuumCoherent State SuperpositionPhoton CountingDensity Matrix Reconstruction

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