Name: הנדסה הקוונטית מדינה של אור עם גל רציף מתנדים אופטיים פרמטרים (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 23 s
Description: חקור הנדסת מצבים קוונטיים לא-גאוסיים באמצעות מתנדים אופטיים פרמטריים וטכניקת הכנה מותנית. השיטה מאפשרת יצירת מצבי פוטון יחיד וסופרפוזיציות של מצבים קוהרנטיים בדיוק גבוה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמכת על ידי Chist-ERA ERA-NET (פרויקט &#39;QScale&#39;) ועל ידי מענק ERC מתחיל &#39;HybridNet&#39;. פ ברבוסה מודה התמיכה מCNR וFAPESP, וק הואנג התמיכה מהקרן למחבר של עבודת דוקטורט הלאומית מצוינת של סין (PY2012004) ומועצת מלגות סין. ג פאבר וג&#39; Laurat חברים במכון Universitaire דה פראנס.

1. האופטי פרמטרית מתנד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבנות חלל ארוך 4 סנטימטר semimonolithic ליניארי (ליציבות מכאנית משופרת והפסדי intracavity מופחתים). מראה הקלט מצופה ישירות על פנים אחד של הגביש לא לינארית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר השתקפות מצמד קלט של 95% למשאבה ב532 ננומטר וגבוהה השתקפות לאות והבטלן ב1,064 ננומטר. ביחס הפוך, לבחור את מצמד הפלט להיות מהורהר מאוד למשאבה ושל T העברה = 10% לאינפרא אדום. טווח הספקטרום החופשי של OPO שווה לΔω = 4.3 GHz ורוחב הפס הוא סביב 60 MHz. הפוך את חלל תהודה פי שלושה, כלומר למשאבה ולשדות יומרו למטה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש גביש KTP למערכת OPO מסוג II או גביש PPKTP לסוג אני OPO. טמפרטורה לייצב את הגבישים בטמפרטורות התאמה בשלב שלהם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשתמש כמקור לייזר בתדר גל רציף הוכפל Nd: YAG לייזר. לשאוב OPO ב532 ננומטר ולהשתמש באור frared, לאחר סינון מרחבי בחלל גבוה עידון (נקי מצב), כמתנד מקומי (LO) לגילוי המקלט הישיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשיג את מצב ההתאמה בין המשאבה ומצב החלל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לנעול את אורך החלל בתהודת המשאבה על ידי הטכניקה בק&quot;ג-Drever-הול. לצורך כך, להחיל אפנון אלקטרו אופטי MHz 12 למשאבה ולזהות את האור אחורי המשתקף מהחלל עם מבודד אופטי. </li></ol> 2 מותנית הכנה:. סינון הנתיב מבשר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפרד את תפוקת OPO לשני מצבים. אחד תואם את מצב המבשר, ואילו השני הוא המדינה בישרה שתזוהה על ידי זיהוי המקלט הישיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להנחות את מצב המבשר לקראת גלאי פוטון היחיד. באופן ספציפי, לOPO מסוג II, להפריד את מצבי אות ובטלן מאונך ידי מפצל אלומה מקוטב (PBS). עבור הסוג-I OPO, הקש החוצה חלק קטן (3%) של הוואקום לחץ על ידימפצל אלומה (BS). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנן את מצב המבשר להסיר את המצבים שאינם מנוונים תדירות בשל חלל OPO. לOPO, הפלט אכן מכיל מצבים רבים pairwise קורלציה אבל נפרדו ספקטרלית, ω 0 + nΔ ω וω 0-nΔ ω כאשר n הוא מספר שלם. כדי ליצור מדינה בישרה בתדר גל הנושא, יש צורך לסנן את כל מצבים שאינם מנוונים אלה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש ראשון מסנן התאבכות עם רוחב פס של 0.5 ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוספת חלל פברי פרו-תוצרת בית ליניארי עם מגוון חופשי רפאים של 330 GHz ורוחב פס של 300 MHz (אורך סביב 0.4 מ&quot;מ ועידון כ -1,000). רוחב פס החלל נבחר להיות גדול יותר מזו של OPO וטווח הספקטרום החופשי להיות גדול יותר מהחלון בתדר של מסנן ההתאבכות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשיג לפחות דחיית 25 dB כוללת של המצבים שאינם מנוונים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נעל את הסינון פבריפרו חלל על ידי הטכניקה להסס והנעילה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למטרה זו, להזרים קרן עזר ומתפשטים אחורה באמצעות מתג אופטי ולדחות אותה בכניסה של חלל הסינון לפי מבודד אופטי. לזהות את האור במוצא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נעל את החלל במהלך 10 אלפיות ולהתחיל לאחר תקופת המדידה ל90 אלפיות עם עזר הקרן לדרך. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לזהות את מצב המבשר המסונן על ידי גלאי פוטון יחיד במהלך תקופת המדידה. גלאי פוטון יחיד מוליך (SSPD) משמש כדי להגביל את כמות הרעש כהה (כמה הרץ), שאחרת היה לבזות את נאמנותה של המדינה המותנה. </li></ol> 3. מדינת טומוגרפיה קוונטים על ידי מקלט ישיר איתור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לזהות את המדינה בישרה עם זיהוי מקלט ישיר מאוזן המורכב ממפצל 50/50 קורה שבו השדה לאפיין ומתנד רציף גל חזק המקומי (LO, 6 mW) מובאים להתערב, וזוג EFF גבוה קוונטיםדיודות InGaAs iciency. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על מנת ליישר את זיהוי, להזריק לתוך חלל OPO קרן עזר בהיר ב1,064 ננומטר והתאמת מצב במצב זה עם מצב LO. להשיג נראות שוליים קרובים לאחדות. כל חוסר התאמת מצב מתרגם quadratically להפסדי זיהוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדקו את מאפייני זיהוי המקלט הישירים. עם כוח LO של 6 מגה ואט, את מגבלת רעש ירייה (SNL) היא שטוחה עד 50 MHz. זה יותר מ20 dB מעל לרעש האלקטרוני בתדר ניתוח נמוך (MHz), 16 dB מעל בתדר ניתוח 50 MHz. מרחק זה הוא פרמטר קריטי כפי שמיתרגם הפסדים בזיהוי (מרחק 10 dB (20 dB) מתורגם לאובדן 10% (1%) יעיל) 24. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכל אירוע גילוי מגלאי הפוטון היחיד, להקליט פוטוני המקלט הישירים עם אוסצילוסקופ עם קצב דגימה של 5 Gs / sec במהלך 100 NSEC. לטאטא את פאזה LO עם מראה רכוב PZT במהלך המדידה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנן כל מגזר שהוקלט עם GIven פונקצית מצב זמני כדי להשיג בכל הכנה מוצלחת ערך נצב יחיד של המדינה המותנה. פונקצית המצב האופטימלית לרווח נמוך היא קרובה לפונקציה מעריכית דו צדדית 25 עם קבוע דעיכה שווה לההופכי של רוחב פס OPO. ניתן למצוא גם במצב האופטימלי באמצעות הרחבת eigenfunction של פונקצית autocorrelation 26. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לצבור מדידות (50,000 נדרש לטומוגרפיה) ופוסט תהליך נתונים עם אלגוריתם מרבי-סבירות 27. הליך זה מאפשר שיחזור של מטריצת הצפיפות של המדינה בישרה והפונקציה ויגנר המתאימה 8. </li></ol> 4. הכנה מותנית של פוטון יחיד מדינה עם OPO מסוג II <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשאוב OPO מסוג II הרבה מתחת לסף (mW 1 כאן לסף 80 mW) יש הסתברות נמוכה מאוד של זוגות multiphoton. </li></ol> 5. הכנה מותנית של קוהירנטסופרפוזיציה מדינה עם Type-I OPO <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את הוואקום שנוצר על ידי לחץ OPO הקרוב לסף עם מנתח ספקטרום. ספקטרום הרעש נמדד מוצג באיור 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פועל OPO בכוח משאבה המאפשר תצפית של dB סביב 3 של סחיטה בתדרי פס צד נמוך (כמה MHz). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במדידת המקלט הישירה, בשלב המידע חשוב למדינות שלב תלוי כגון המצב-CSS. סרוק את פאזה LO עם גל 10 זגזגו הרץ עם מחזור עבודה של 90% (המקביל ל 90 האלפיות השני של תקופת מדידה ו10 אלפיות השניות של נעילת תקופה.) לסנכרן לטאטא לוודא כי במהלך תקופת המדידה, יש אחת לטאטא חד כיוונית של המראה רכוב PZT. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש באות המקלט הישירה למדוד את השונות ולאחר מכן להסיק את השלב של נצב נמדד. </li></ol>

<ol><li>Dell'Anno, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiphoton+quantum+optics+and+quantum+state+engineering%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Reports%22%5BJournal%5D)">Multiphoton quantum optics and quantum state engineering.</a> Phys. Reports. 428, 53-168 (2006).</li>
<li>O'Brien, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photonic+quantum+technologies%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photon%22%5BJournal%5D)">Photonic quantum technologies.</a> Nature Photon. 3, 687-695 (2009).</li>
<li>Bachor, H. -A., Ralph, T. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBachor%2C+H-A+%22A+guide+to+experiments+in+quantum+optics%22">A guide to experiments in quantum optics</a>. , Wiley VCH. (2004).</li>
<li>Reid, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Einstein-Podolsky-Rosen+paradox%3A+from+concepts+to+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Mod.+Phys%22%5BJournal%5D)">The Einstein-Podolsky-Rosen paradox: from concepts to applications.</a> Rev. Mod. Phys. 81, 1727-1751 (2009).</li>
<li>Van Loock, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+hybrid+approaches+to+quantum+information%5BTitle%5D)+AND+%22Laser+%26+Photonics+Review%22%5BJournal%5D)">Optical hybrid approaches to quantum information.</a> Laser & Photonics Review. 5, 167-200 (2011).</li>
<li>Knill, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+scheme+for+efficient+quantum+computation+with+linear+optics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A scheme for efficient quantum computation with linear optics.</a> Nature. 409, 46-52 (2001).</li>
<li>Ralph, T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+computation+with+optical+coherent+states%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Quantum computation with optical coherent states.</a> Phys. Rev. A. 68, 042319(2003).</li>
<li>Leonhardt, U. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLeonhardt%2C+U+%22Measuring+the+quantum+state+of+light%22">Measuring the quantum state of light</a>. , Cambridge University Press. Cambridge. (1997).</li>
<li>Hong, C. K., Mandel, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+realization+of+a+localized+one-photon+state%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Experimental realization of a localized one-photon state.</a> Phys. Rev. Lett. 56, 58-60 (1986).</li>
<li>Lvovsky, A. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+state+reconstruction+of+the+single-photon+Fock+state%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Quantum state reconstruction of the single-photon Fock state.</a> Phys. Rev. Lett. 87, (2001).</li>
<li>Ourjoumtsev, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generating+optical+Schr%C3%B6dinger+kittens+for+quantum+information+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Generating optical Schrödinger kittens for quantum information processing.</a> Science. 312, 83-86 (2006).</li>
<li>D'Auria, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+the+heralding+detector+properties+on+the+conditional+generation+of+single-photon+states%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+Phys.+Journ.+D%22%5BJournal%5D)">Effect of the heralding detector properties on the conditional generation of single-photon states.</a> Eur. Phys. Journ. D. 66, 249(2012).</li>
<li>D'Auria, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+decoherence+of+single-photon+counters%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Quantum decoherence of single-photon counters.</a> Phys. Rev. Lett. 107, (2011).</li>
<li>Huisman, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Instant+single-photon+Fock+state+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Instant single-photon Fock state tomography.</a> Opt. Lett. 34, 2739-2741 (2009).</li>
<li>Morin, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-fidelity+single-photon+source+based+on+a+Type+II+optical+parametric+oscillator%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">High-fidelity single-photon source based on a Type II optical parametric oscillator.</a> Opt. Lett. 37, 3738-3740 (2012).</li>
<li>Ou, Z. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realization+of+the+Einstein-Podolski-Rosen+paradox+for+continuous+variables%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Realization of the Einstein-Podolski-Rosen paradox for continuous variables.</a> Phys. Rev. Lett. 68, 3663-3666 (1992).</li>
<li>Laurat, J., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLaurat%2C+J+%22Type-II+Optical+Parametric+Oscillator%3A+a+versatile+source+of+quantum+correlations+and+entanglement+in+Quantum+information+with+continuous-variables+of+atoms+and+light%22">Type-II Optical Parametric Oscillator: a versatile source of quantum correlations and entanglement in Quantum information with continuous-variables of atoms and light</a>. , Imperial College Press. (2005).</li>
<li>Laurat, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Compact+source+of+Einstein-Podolski-Rosen+entanglement+and+squeezing+at+very+low+noise+frequencies%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Compact source of Einstein-Podolski-Rosen entanglement and squeezing at very low noise frequencies.</a> Phys. Rev. A. 70, (2004).</li>
<li>D'Auria, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Full+characterization+of+Gaussian+bipartite+entangled+states+by+a+single+homodyne+detector%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Full characterization of Gaussian bipartite entangled states by a single homodyne detector.</a> Phys. Rev. Lett. 102, (2009).</li>
<li>Dakna, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generating+Schr%C3%B6dinger-cat-like+states+by+means+of+conditional+measurements+on+a+beam+splitter%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Generating Schrödinger-cat-like states by means of conditional measurements on a beam splitter.</a> Phys. Rev. A. 55, 3184-3194 (1997).</li>
<li>Gerrits, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+optical+coherent-state+superpositions+by+number-resolved+photon+subtraction+from+the+squeezed+vacuum%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Generation of optical coherent-state superpositions by number-resolved photon subtraction from the squeezed vacuum.</a> Phys. Rev. A. 82, (2010).</li>
<li>Neergaard-Nielsen, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+a+Superposition+of+Odd+Photon+Number+States+for+Quantum+Information+Networks%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Generation of a Superposition of Odd Photon Number States for Quantum Information Networks.</a> Phys. Rev. Lett. 97, (2006).</li>
<li>Wakui, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photon+subtracted+squeezed+states+generated+with+periodically+poled+KTiOPO4%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Photon subtracted squeezed states generated with periodically poled KTiOPO4.</a> Opt. Express. 15, 3568-3574 (2007).</li>
<li>Kumar, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Versatile+wideband+balanced+detector+for+quantum+optical+homodyne+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Com%22%5BJournal%5D)">Versatile wideband balanced detector for quantum optical homodyne tomography.</a> Optics Com. 285, 5259-5267 (2012).</li>
<li>Nielsen, A. E. B., Mølmer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-photon-state+generation+from+a+continuous-wave+nondegenerate+optical+parametric+oscillator%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Single-photon-state generation from a continuous-wave nondegenerate optical parametric oscillator.</a> Phys. Rev. A. 75, (2007).</li>
<li>Morin, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimentally+accessing+the+optimal+temporal+mode+of+traveling+quantum+light+states%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Experimentally accessing the optimal temporal mode of traveling quantum light states.</a> Phys. Rev. Lett. 111, 213-602 (2013).</li>
<li>Lvovsky, A. I., Raymer, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous-variable+optical+quantum-state+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Mod.+Phys%22%5BJournal%5D)">Continuous-variable optical quantum-state tomography.</a> Rev. Mod. Phys. 81, 299-332 (2009).</li>
<li>Marek, P., Fiurasek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elementary+gates+for+quantum+information+with+superposed+coherent+states%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Elementary gates for quantum information with superposed coherent states.</a> Phys. Rev. A. 82, (2010).</li>
<li>Morin, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+creation+of+hybrid+entanglement+between+particle-like+and+wave-like+optical+qubits%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photonics.+Eprint%22%5BJournal%5D)">Remote creation of hybrid entanglement between particle-like and wave-like optical qubits.</a> Nat. Photonics. Eprint. , (2013).</li>
</ol>

החוקרים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.

טכניקת ההכנה המותנה שהוצגה כאן היא תמיד יחסי גומלין בין משאבי bipartite הראשוניים והמדידה שבוצעה על ידי גלאי המבשר. שני מרכיבים אלה משפיעים במידה רבה את התכונות הקוונטיות של המדינה שנוצרה. ראשית, את הטוהר של המדינות מוכנות מאוד תלוי באחד מהמשאבים הראשוניים, ובכך נדרש OPO &#39;טוב&#39;. מהו OPO &#39;טוב&#39;? זהו מכשיר אשר η יעילות בריחה קרוב לאחדות. Η הפרמטר נתון על ידי יחס העברת של מצמד הפלט, T, והסכום של השידור...

היכולת להנדס את המצב הקוונטי של נסיעה שדות אופטיים היא דרישה מרכזית למדע מידע קוונטים וטכנולוגיה 1, כוללים תקשורת קוונטית, מחשוב ומטרולוגיה. כאן, אנו דנים הכנה ואפיון של כמה מצבים קוונטיים ספציפיים באמצעות כמשאב עיקרי האור הנפלט ע&quot;י מתנדים פרמטרים אופטיים רציף גל 3,4 פעלו מתחת לסף. באופן ספציפי, שתי מערכות ייחשבו - OPO בהתאמה שלב מסוג II וסוג אני OPO - מה שמאפשר בהתאמה הדור אמין של יחיד פוטונים בישרו ושל מצבים אופטיים קוהרנטית מדינה (CSS), כלומר מדינות של הטופס | α &gt; - |&gt; Α-. מדינות אלה הן משאבים חשובים ליישום במגוון של פרוטוקולי מידע קוונטים, החל חישוב קוונטים אופטיים ליניארי 6 לפרוטוקולים היברידיים אופטיים 5,7. באופן משמעותי, עמ &#39;השיטה<html> התרעם כאן מאפשר קבלת תערובת נמוכה של אבק והפליטה למצב spatiotemporal מבוקר היטב. באופן כללי, ניתן לסווג מצבים קוונטיים כמדינות גאוס ומדינות שאינם גאוס על פי צורת ההתפלגות מעין ההסתברות במרחב שלב שנקראה W ויגנר פונקציה (x, עמ &#39;) 8. למדינות שאינן גאוס, פונקצית יגנר יכולה לקבל ערכים שליליים, חתימה חזקה של אי classicality. פוטון יחיד או superpositions מדינת קוהרנטי הם אכן מדינות שאינן גאוס. הליך יעיל ליצירת מדינות כגון ידוע כטכניקת הכנה המותנה, שבו משאב גאוס ראשוני הוא בשילוב עם מדידה שאינה גאוס שנקרא כגון 9,10,11,12,13 ספירת פוטון. תכנית זו כללית, הסתברותי אבל בישרה, הוא שרטט באיור 1 א. &quot;עבור: תוכן width =&quot; 5in &quot;עבור: src =&quot; &quot;/&gt; /&quot; = src &quot;/ files/ftp_upload/51224/51224fig1.jpg files/ftp_upload/51224/51224fig1highres.jpg איור 1. (א) תכנית רעיונית של טכניקת ההכנה המותנה. (ב) הכנה מותנית של מדינת פוטון יחיד מזוגות orthogonally מקוטב פוטון (OPO מסוג II) מופרדת על מפצל אלומה מקטב. הכנה מותנית (ג) לסופרפוזיציה מדינה קוהרנטית על ידי הפחתת פוטון יחיד ממצב ואקום לחץ (מסוג שאני OPO). על ידי מדידת מצב אחד הסתבכו מדינת bipartite, המצב האחר הוא צפוי למצב שיהיה תלוי במדידה זו ועל המשאב הסתבכו הראשוני 12,13. מה הם המשאבים הנדרשים וגלאי מבשר דרושים כדי לייצר את המדינות הנ&quot;ל? יכולות להיות שנוצרו מדינות פוטון יחיד באמצעות קורות תאומה, כלומר פוטון-מספר קורלציה קורות. זיהוי של יחיד photon במצב אחד ואז מבשר את הדור של פוטון יחיד במצב 9,10,14,15 האחר. תדר מנוון מסוג II OPO 16,17,18,19 הוא אכן מקור מתאים היטב למטרה זו. פוטונים אות ובטלן הם פוטון-מספר קורלציה ונפלט עם קיטובים מאונך. איתור פוטון יחיד במצב קיטוב אחד פרויקטים האחר אחד למצב פוטון יחיד, כפי שמוצג באיור 1b. בנוגע superpositions מדינה מגובש, הם יכולים להיות שנוצרו על ידי הפחתת פוטון יחיד ממצב הוואקום לחץ 20 הושג גם על ידי פרמטרית אחת לעבור פעם, אני סוג OPO למטה המרה 11,21 או על ידי 22,23. החיסור מתבצע על ידי הקשה על חלק קטן של האור על הקורה מפצל וגילוי פוטון יחיד במצב זה (איור 1 ג&#39;). ואקום לחץ הוא סופרפוזיציה של אפילו מדינות פוטון-מספר, ובכך הפחתה מובילה פוטון יחידלסופרפוזיציה של מצבי פוטון-מספר אי זוגיים, שבו יש נאמנות גבוהה עם סופרפוזיציה ליניארי של שתי מדינות קוהרנטית של משרעת שווה וקטנה. מסיבה זו, בשם &quot;החתלתול של שרדינגר&quot; יש לפעמים היה נתון למצב הזה. הנוהל הכללי ליצירת מדינות אלה הוא אפוא דומה, אך שונים על ידי מקור האור העיקרי. סינון של טכניקות נתיב וזיהוי המבשר הוא אותם מה הסוג של OPO בשימוש. הסדרה הנוכחית של פרט פרוטוקולים איך ליצור שתי מדינות שאינן גאוס אלה ממתנדים פרמטרים אופטיים רציף גל וכיצד לאפיין אותם עם יעילות גבוהה.

<table><tbody><tr><td>משאבת לייזר</td><td>Innolight</td><td>Diabolo</td><td>פלט כפול, IR ו-532 ננומטר</td></tr><tr><td>KTP ו-PPKTP קריסטל</td><td>Raicol</td><td></td><td>זמין מספקים אחרים</td></tr><tr><td>מסננים מפריעים</td><td>Barr עמיתים פוטודיודות</td><td></td><td></td></tr><tr><td>יעילות גבוהה</td><td>פרמיוני</td><td>יעילות קוונטית</td><td></td> מעל 97%</tr> <tr><td>אוסצילוסקופ&nbsp;</td><td>רץ גל Lecroy</td><td>610 Zi</td><td>משמש לרכישת נתונים</td></tr><tr><td>מנתח ספקטרום</td><td>Agilent</td><td>N9000A</td><td>זמין מספקים אחרים</td></tr><tr><td>מסובב פאראדיי</td><td>Qioptic</td><td>FR-1060-5SC</td><td>זמין אצל ספקים אחרים</td></tr><tr><td>PZT</td><td>PI</td><td>P-016.00H</td><td>זמין מספקים אחרים</td></tr><tr><td>גלאי פוטון יחיד מוליך-על</td><td>Scontel</td><td>SSPD</td><td>נמוך כהה ספירות</td></tr><tr><td>מתג אופטי</td><td>Thorlabs</td><td>OSW12-980E</td><td>זמין אצל ספקים אחרים</td></tr></tbody></table>

הנדסה הקוונטית מדינה של אור עם גל רציף מתנדים אופטיים פרמטרים

Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

הנדסת מדינות שאינן קלאסיות של השדה האלקטרומגנטי היא שאיפה מרכזית לאופטיקה קוונטית 1,2. מעבר למשמעות הבסיסית שלהם, מדינות כאלה הן אכן המשאבים ליישום פרוטוקולים שונים, החל המטרולוגיה משופרת לתקשורת קוונטית ומחשוב. מגוון רחב של מכשירים ניתן להשתמש כדי ליצור מצבים שאינם קלאסיים, כגון קרינה אחת, ממשקי אור עניין או מערכות שאינן ליניארי 3. אנו מתמקדים כאן על השימוש במתנד פרמטרים אופטיים רציף גל 3,4. מערכת זו מבוססת על גביש χ אינו ליניארי 2 מוכנס בתוך חלל אופטי וכיום הוא ידוע כמקור יעיל מאוד של אור שאינו קלאסי, כגון במצב יחיד או ואקום סחט שני מצב בהתאם לגביש התאמת שלב. ואקום לחץ הוא מדינה גאוס כהפצות נצב לעקוב אחר סטטיסטיקת גאוס. עם זאת, זה כבר הראה כי מספר פרוטוקולים דורשים שאינו Gausסיאן קובע 5. יצירה ישירות מדינות כאלה היא משימה קשה וידרוש χ החזק 3 אינו linearities. נוהל אחר, הסתברותי אבל בישרו, כולל בשימוש שאינם ליניאריות-Induced מדידה באמצעות טכניקת הכנה מותנית המופעלת על מדינות גאוס. הנה, פרט אנו פרוטוקול הדור הזה לשתי מדינות שאינן גאוס, מדינת הפוטון היחיד וסופרפוזיציה של מצבי קוהרנטי, תוך שימוש בשני מתנדים פרמטרית שונה בהתאמה שלב כמשאבים עיקריים. טכניקה זו מאפשרת השגת נאמנות גבוהה עם מדינת היעד ודור המדינה במצב spatiotemporal מבוקר היטב.

לOPO מסוג II ואת הדור של מדינת פוטון יחיד באיכות גבוהה: השיקום טומוגרפית של המדינה בישרה מוצג באיור 2, שבו האלמנטים האלכסוניים של מטריצת הצפיפות המשוחזרת והפונקציה ויגנר המתאימה מוצגים. ללא כל תיקוני אובדן, המדינה בישרה מציגה מרכיב פוטון יחיד גבוה ככל 78%. על ידי לקיחה בחשבון את ההפסדים הכוללים זיהוי (15%), המדינה מגיעה נאמנות של 91% עם מדינת פוטון יחיד. מרכיב שני הפוטונים, הנובע מזוגות רב פוטון יצירת בתהליך המרה של מטה, מוגבל ל 3%. <p class="jove_conte...

אנו מתארים את הדור אמין של מדינות שאינן גאוס של נסיעה שדות אופטיים, כולל מדינות פוטון יחיד וsuperpositions המדינה קוהרנטי, תוך שימוש בשיטת הכנה מותנית פעלה באור שאינו קלאסי הנפלט על ידי מתנדים פרמטרים אופטיים. מתנדים בהתאמה שלב Type-I וסוג II נחשבים ונהלים משותפים, כגון סינון התדירות הנדרש או את אפיון מצב קוונטי יעילות גבוהה על ידי homodyning, מפורטים.

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

מטרת ניסוי זה היא להפיק מצבים שאינם גאוסיאניים של שדות אופטיים נודדים בנאמנות גבוהה, כולל סופרפוזיציות של פוטון בודד ומצב קוהרנטי, המוכרות כמצבי חתול של שרדינגר (Schrodinger CAT states). דבר זה מושג באמצעות שימוש בקרני אור בעלות מתאם לא-קלאסי כמקור אור ראשוני. כשלב שני, פוטון בודד מזוהה באחת הקרניים, מה שמוביל להשלכה של הקרן השנייה למצב קוונטי מותנה ומוכרז.שיטה זו ידועה כטכניקת ההכנה המותנית, שבה משאב גאוסיאני ראשוני משולב עם מדידה לא גאוסיאנית, כגון ספירת פוטונים. לאחר מכן, המצב המובשר נמדד באמצעות גילוי הומודיני כדי לבצע טומוגרפיה מלאה של המצב הקוונטי. בסופו של דבר, התוצאות המתקבלות מראות הנדסת מצבים קוונטיים בנאמנות גבוהה המבוססת על שני מתנדים פרמטריים אופטיים שונים.הטכניקה המוצגת מאפשרת יצירה של מצבים קוונטיים המהווים משאבים חשובים עבור מגוון פרוטוקולי מידע. באופן משמעותי, הליך המבוסס על OSC (Optical Parametric Oscillator) או OPO מאפשר להשיג תערובת נמוכה מאוד של מצבי vacuum ו-squeezed states, ופליטה לתוך תבנית מרחבית מבוקרת היטב שנשלחת לחלל ה-OPO. תכונה זו מקלה על השימוש במצבים אלו בפרוטוקולים עוקבים שבהם הם עשויים להזדקק להתאבכות עם משאבים אופטיים אחרים, למשל, ביישומים של שערים לוגיים אופטיים או במערכות מורכבות יותר.הגדרת ההנדסה: כדי לבצע הליך זה, בנה חלל ליניארי חצי-מונוליתי ליציבות מכנית משופרת והפחתת הפסדי חלל, הכולל גביש KTP ומראה כניסה המצופה ישירות על פאה אחת של הגביש הלא-ליניארי, בעוד שהפאה השנייה מצופה בציפוי אנטי-רפלקסיה. בחר מצמד כניסה עם רפלקסיה של 95% עבור המשאבה ב-532 nanometers ורפלקסיה גבוהה עבור האות (signal) והאידלר (idler) ב-1064 nanometers. באופן הפוך, בחר מצמד יציאה שיהיה בעל רפלקסיה גבוהה עבור המשאבה ובעל טרנסמיטנס.הנצילות T היא 10% עבור תת-האדום. הטווח הספקטרלי החופשי של האוסצילטור הפרמטרי האופטי הוא 4.3 gigahertz ורוחב הפס הוא כ-60 megahertz. השתמש בלייזר neodymium YAG בעל גל רציף ובתדר מוכפל כמקור לייזר כדי להניע את ה-OPO באורך גל של 532 nanometers, והשג התאמה של האופנים (mode matching) בין קרן ההניעה לאופן החלל.הפכו את החלל לתהודה משולשת על ידי כוונון טמפרטורת הגביש ותדירות הלייזר. לצורך כך, בדקו את שיאי התמסירות של האור באינפרה-אדום ובאור הירוק באמצעות אוסצילוסקופ. אור אינפרה-אדום חלש מוזרק גם אל נעילת ה-OPO.אורך חלל ה-OPO בתהודה של המשאבה באמצעות טכניקת DRE Hall. למטרה זו, החיל את אפלולציה אלקטרו-אופטית על המשאבה וגלה את האור המוחזר מהחלל באמצעות מבודד אופטי על מפליט אלומות מקטב. הפרד בין השדות של האות (signal) וה-idler.אחד מקבל את אופן ההכרזה בעוד שהשני הוא המצב המוכרז אשר יזוהה על ידי גילוי הומודין. נחה את אופן ההכרזה לעבר גלאי הפוטון הבודד. סנן את אופן ההכרזה כדי להסיר את האופנים שאינם דגנרטיים בתדר בשל חלל ה-OPO.ראשית, השתמשו במסנן הסקה בעל רוחב פס של 0.5 nanometers. הוסיפו חלל Fabry Perot ליניארי בהכנה עצמית עם טווח ספקטרלי חופשי של 330 gigahertz ורוחב פס של 300 megahertz. רוחב הפס של החלל נבחר להיות גדול יותר מזה של ה-OPO, והטווח הספקטרלי החופשי נבחר להיות גדול יותר מחלון התדרים של מסנן ההסקה.השיגו דחייה כוללת של לפחות 25 דציבל עבור המודים הבלתי-מנוונים. לאחר ייצוב המסלול כפי שפורט בפרוטוקול הטקסט, גלו את מוד ההכרזה (heralding mode) המסונן באמצעות גלאי פוטון בודד במהלך תקופת המדידה. נעשה שימוש בגלאי פוטון בודד מולי-על כדי להגביל את כמות רעש הרקע (dark noise), שאלמלא כן היה גורם לפגיעה בתוצאות.הנאמנות (fidelity) של המצב המותנה. גלה את המצב המבשר באמצעות גילוי הומודין מאוזן המורכב ממפליט אלומה של 50:50, שבו השדה המאופיין ואוסצילטור מקומי חזק בגל רציף מובאים להתאבכות, וכן זוג פוטודיודות InGaAs בעלות יעילות קוונטית גבוהה. כדי לכייל את הגילוי, הזרק אלומה עזר בהירה באורך גל של 1064 nanometers לתוך חלל ה-OPO והמוד.התאימו זאת למצב של האוסצילטור המקומי. השיגו נראות פרינג'ים (fringe visibility) קרובה לאחד. כל חוסר התאמה ריבועית בין המצבים מתורגמת להפסדים בגילוי.בדקו את תכונות הגילוי ההומודיני עם הספק של אוסצילטור מקומי של 6 mW. גבול רעש השוט (shot noise) הוא שטוח עד 50 MHz. הוא גבוה ב-20 dB לפחות מרעש האלקטרוניקה בתדר ניתוח נמוך, וב-16 dB מעליו בתדר ניתוח של 50 MHz.מרחק זה הוא פרמטר קריטי כיוון שהוא מתרגם להפסדים בגילוי. עבור כל אירוע גילוי מגלאי הפוטון הבודד, רשמו את זרם הפוטו המודולציוני באמצעות אוסצילוסקופ עם קצב דגימה של five giga samples per second למשך 100 nanoseconds.בצעו סריקה של מופע האוסצילטור המקומי באמצעות מראה המורכבת על PZT במהלך המדידה. לאחר סינון של כל מקטע שהוקלט, צברו את המדידות ועבדו את הנתונים לאחר מכן באמצעות אלגוריתם של נראות מקסימלית (maximum likelihood). הליך זה מאפשר שחזור של מטריצת הצפיפות של המצב המוכרז (heralded state) ושל פונקציית Wagner התואמת.השחזור הטומוגרפי של המצב המובשר (heralded state) מוצג באמצעות האיברים האלכסוניים של מטריצת הצפיפות המשוחזרת ופונקציית Wagner המתאימה, ללא תיקוני אובדן. המצב המובשר מראה רכיב פוטון בודד הגבוה עד 78%. כאשר לוקחים בחשבון את הפסדי הגילוי הכוללים, המצב מגיע לנאמנות (fidelity) של 91% ביחס למצב של פוטון בודד. רכיב שני הפוטונים, הנובע מזוגות פוטונים מרובים שנוצרו בתהליך ההמרה למטה (down conversion), מוגבל ל-3%. ניתן להחיל הליך דומה עם סוג 1 (type one), שהוא סוג של אור לחוץ (squeeze light) במודוס בודד.על ידי החזרת חלק קטן ממצבי הוואקום הלחוצים. באמצעות מפליט אלומה, ניתן להחסיר פוטון בודד, דבר המהווה שגיאה בהכנת ה-kitten שלכם. מצד שני, אופן ההתניה מצריך את אותו סינון תדרים כפי שהוסבר בניסויים האחרים, והמצב המתואר מאופיין באותו אופן. טכניקת ההכנה המותנית המוצגת כאן היא תמיד תוצאה של יחסי גומלין בין המקור הצדי הראשוני לבין המדידה המבוצעת על ידי הגלאי המעמיס.שני רכיבים אלו משפיעים רבות על התכונות הקוונטיות של המצב הנוצר, וזאת בשל גבישי ה-C, היחידות, בריחת האור ויעילות ה-OPOs, וכן בשל רעש הרקע הנמוך מאוד של הגלאי המוליך-על שלנו תחת עומס כבד. השיטה המוצגת כאן מאפשרת יצירה אמינה של מצבי nongo בנאמנות (fidelity) גבוהה מאוד, המוגבלת בעיקר על ידי הפסדים בגילוי. זכרו כי עבודה עם לייזרים עלולה להיות מסוכנת ביותר, ויש לנקוט תמיד באמצעי זהירות, כגון הרכבת משקפי מגן ללייזר, בעת ביצוע הליך זה.

quantum-state-engineering-light-with-continuous-wave-optical

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

את הטכניקות שפותחו במעבדה המותאמות אישית שלנו לבנות מערכות מיקרוגל פוטוניקה המבוססת על תהודה גלריות מצב Ultra-Q גבוהה לחישות מוצגות. הפרוטוקולים להשיג ולאפיין תהודה אלה מפורטים, והסבר של חלק מהיישומים שלהם במיקרוגל Photonics הוא נתון.

מיקרוגל Photonics מערכות המבוססות על מהודי לחישות-גלריה של מצב

המאמר מתאר את הליך לאחסון מנות נתונים אופטיים עם אפנון שרירותי, אורך גל, וקצב הנתונים. מנות אלה הן הבסיס של תקשורת המודרנית.

חפצים מעין אור עבור מנות נתונים אופטיות

זיכרון הד השיפוע הוא פרוטוקול לאחסון מצבים קוונטיים אופטיים של אור בהרכבים אטומיים. זיכרון קוונטים הוא מרכיב מפתח של מהדר קוונטים, אשר יכול להאריך את הטווח של הפצת מפתח קוונטים. אנו מתארים את הפעולה של התכנית כאשר מיושמים בהרכב אטומי 3 ברמה.

Gradient Echo קוונטית זיכרון בחם אטומי החמקן

עירורים אופטו-מכניים פרמטריים הודגמו לאחרונה בניסוי בתהודה אופטומכנית מיקרופלואידית באמצעות לחץ קרינה אופטי ופיזור ברילואין מגורה. מאמר זה מתאר את הייצור של מהודים מיקרופלואידיים אלה יחד עם מתודולוגיות ליצירה ואימות של תנודות אופטומכניות.

ייצור ובדיקה של מתנדים optomechanical Microfluidic

אנו מציגים פרוטוקול ליצירת סרט בזמן אמת של חבילת גל סיבוב מולקולרי באמצעות מערך הדמיית פיצוץ קולומב ברזולוציה גבוהה.

הדמיה ישירה של סיבוב מולקולרי מהיר ליזר מונחה

שבבי סיליקון פוטוניים יש את הפוטנציאל לממש מערכות קוונטיות משולבים מורכבים. אנו מציגים כאן שיטה להכנת ובדיקת שבב סיליקון פוטוניים למדידות הקוונטים.

מדידה של Quantum הפרעות מקור פוטון מהוד טבעת הסיליקון

פרוטוקול מוצגים מעשי הדור ומניפולציה קוהרנטי של הברית פוטון בתדר גבוה-ממדי-bin מסובכת באמצעות מיקרו משולב-חללים ורכיבים תקשורת סטנדרטיים, בהתאמה.

דור ושליטה קוהרנטי של הקוונטים פעמו תדירות מסרקים

אנו מתארים מערכת אופטית עבור הדור של הפוטונים מסובכת הקיטוב הבלתי מותנית המבוססת על אפקטים של הפרעות קוונטיות מרובות עם ערכת זיהוי כדי להעריך את הנאמנות הניסיונית של פוטונים הסתבכו שנוצר.

מערכת Photonic ליצירת בפוטונים פוליריזציה מוחלטת המבוססת על הפרעות קוונטיות מרובות

שיטה מוצגת כדי לבנות מותאם אישית בעלות נמוכה, מצב נעול לייזר סיבים השני ליישומים פוטנציאליים מיקרוסקופ multiphoton, אנדוסקופיה, ו photomedicine. לייזר זה בנוי באמצעות חלקים זמינים מסחרית וטכניקות שחבור בסיסיות.

בעלות נמוכה ייצור מותאם אישית ומצב-הפעלה נעולה של כל נורמלי-נפיצה לייזר סיבים שנייה עבור מיקרוסקופ רב פוטון

כאן, אנו מתארים את הפעולה של מעגל משולב של החטא המכיל מערכי מופע אופטי. המעגלים משמשים לפלוט קרני לייזר נמוכות מתפצלות באינפרא-אדום הקרוב ומנווטים אותם בשני מימדים.

אפיון מערכים אופטיים משולבים של מערכי מופע בתחנת הבדיקה בסולם וופל

חקור הנדסת מצבים קוונטיים לא-גאוסיים באמצעות מתנדים אופטיים פרמטריים וטכניקת הכנה מותנית. השיטה מאפשרת יצירת מצבי פוטון יחיד וסופרפוזיציות של מצבים קוהרנטיים בדיוק גבוה.

הנדסה הקוונטית מדינה של אור עם גל רציף מתנדים אופטיים פרמטרים

גלה סרטונים נוספים