Quantum Ingegneria State of Light con onda continua Optical Parametric Oscillatori

Sommario

Descriviamo la generazione affidabile di stati non-gaussiana di viaggiare campi ottici, compresi gli stati di singolo fotone e sovrapposizioni stato coerente, utilizzando un metodo di preparazione condizionale operato la luce non classica emessa da oscillatori parametrici ottici. Di tipo I e tipo II oscillatori fase corrispondenza vengono considerati e procedure comuni, come il filtraggio in frequenza richiesto o ad alta efficienza caratterizzazione stato quantico da homodyning, sono dettagliate.

Abstract

Ingegneria stati non classici del campo elettromagnetico è una missione centrale per l'ottica quantistica ^1,2. Oltre al loro significato fondamentale, questi stati sono infatti le risorse per l'attuazione di diversi protocolli, che vanno da una maggiore metrologia quantistica alla comunicazione e informatica. Una varietà di dispositivi può essere utilizzata per generare stati non classici, come emettitori singoli, interfacce luce-materia o sistemi non lineari ^3. Facciamo qui sull'impiego di un onda continua oscillatore parametrico ottico ^3,4. Questo sistema si basa su un χ non lineare cristallo ² inserito all'interno di una cavità ottica ed è ormai ben noto come una fonte molto efficiente della luce non classica, come monomodale o bimodale spremuto vuoto a seconda del cristallo phase matching.
Spremuto a vuoto è uno stato gaussiana come sue distribuzioni in quadratura seguono una statistica gaussiana. Tuttavia, è stato dimostrato che il numero di protocolli richiedono non Gaussian dichiara ^5. Generazione direttamente questi stati è un compito difficile e richiederebbe una forte χ ³ non-linearità. Un'altra procedura, probabilistica ma annunciata, consiste nell'utilizzare un non-linearità misurazione indotta tramite una tecnica di preparazione condizionato utilizzati sugli stati gaussiani. Qui, i dettagli del protocollo di questa generazione per due stati non-gaussiana, lo stato di singolo fotone e una sovrapposizione di stati coerenti, utilizzando due oscillatori parametrici diversamente fase appaiati come risorse primarie. Questa tecnica consente di raggiungimento di un alta fedeltà con lo Stato mirato e la generazione dello Stato in un modo spazio-temporale ben controllata.

Introduzione

La capacità di progettare lo stato quantico di viaggiare campi ottici è un requisito fondamentale per l'informazione quantistica scienza e la tecnologia ^1, compresa la comunicazione quantistica, informatica e metrologia. Qui, si discute la preparazione e caratterizzazione di alcuni stati quantistici specifici utilizzando come risorsa primaria della luce emessa da onda continua parametrici ottici oscillatori ^3,4 operati sotto soglia. In particolare, saranno prese in considerazione due sistemi - un OPO fase corrispondenza di tipo II e di tipo-I OPO - consentire rispettivamente la generazione affidabile dei annunciata singoli fotoni e di sovrap....

Protocollo

1. Optical Parametric Oscillator

1. Costruire un lungo 4 centimetri cavità lineare semimonolithic (per una migliore stabilità meccanica e perdite intracavity ridotti). Lo specchio di ingresso è direttamente rivestito su una faccia del cristallo non lineare.
2. Scegliere una riflessione accoppiatore di ingresso del 95% per la pompa a 532 nm e ad alta riflessione per il segnale e la puleggia a 1.064 nm. Inversamente, scegliere l'accoppiatore di uscita per essere altamente riflettente per la pompa e di trasmittanza T = 10% per l'infrarosso. La gamma spettrale libera del OPO è pari a Δω = 4.3 GHz e la larghezza di banda è di circa 60 MHz. Effettuar....

Risultati

Per il OPO tipo II e la generazione di alta fedeltà Stato singolo fotone:
La ricostruzione tomografica dello stato annunciato è mostrato nella Figura 2, in cui vengono visualizzati gli elementi diagonali della matrice densità ricostruito e la funzione di Wigner corrispondente. Senza qualche correzione perdita, lo stato annunciata presenta una componente singolo fotone alto come il 78%. Tenendo conto delle perdite di rilevazione globale (15%), lo stato raggiunge una fedeltà del 91% con uno stato s.......

Discussione

La tecnica di preparazione condizionale qui presentata è sempre un'interazione tra la risorsa bipartito iniziale e la misura effettuata dal rivelatore foriera. Queste due componenti influenzano fortemente le proprietà quantistiche dello stato generato.

In primo luogo, la purezza degli stati preparati dipende fortemente quello della risorsa iniziale, quindi è necessario un OPO 'buona'. Che cosa è un OPO 'buono'? Si tratta di un dispositivo per il quale il η efficienza fuga.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Pompa laser	Innolight	Diabolo	Doppia uscita, IR e 532 nm
KTP e cristallo PPKTP	Raicol		Disponibile da altri fornitori
Filtri interferenziali	Associati da Barr Fotodiodi
ad alta efficienza	Fermionica		Efficienza quantistica superiore al 97%
Oscilloscopio	Lecroy	Wave runner 610 Zi	Utilizzato per l'acquisizione dei dati
Analizzatore di spettro	Agilent	N9000A	Disponibile da altri fornitori
Rotatore di Faraday	Qioptic	FR-1060-5SC	Disponibile da altri fornitori
PZT	PI	P-016.00H	Disponibile da altri fornitori Rivelatori
superconduttori a singolo fotone	Scontel	SSPD	basso scuro conta
Interruttore ottico	Thorlabs	OSW12-980E	Disponibile da altri fornitori