연속파 광 파라 메트릭 발진기와 빛의 양자 상태 공학

Summary

우리는 광 파라 메트릭 발진기에 의해 방출되는 비 전통적인 빛을 운영하는 조건부 제조 방법을 사용하여 단일 광자 상태와 일관된 상태 겹쳐 적층 등의 광학 필드를, 여행의 비 가우시안 국가의 안정적인 발전을 설명합니다. 유형 I과 유형 II 상 일치 발진기 고려하고 필요한 주파수 필터링이나 homodyning으로 고효율 양자 상태의 특성 등의 일반적인 절차는 자세히 설명되어 있습니다.

Abstract

전자기장의 비 고전적인 상태를 엔지니어는 양자 ^{광학, 2를위한} 중앙 퀘스트입니다. 자신의 기본적인 의미를 넘어, 이러한 상태는 참으로 향상된 계측에서 양자 통신 및 컴퓨팅에 이르기까지, 다양한 프로토콜을 구현하기위한 자원입니다. 다양한 장치는 단일 이미 터, 광 - 인터페이스 물질 또는 비 - 선형 시스템 ^3과 같은 비 고전적 상태를 생성하기 위해 사용될 수있다. 우리는 연속파 광 파라 메트릭 발진기 ^3,4의 사용에 초점을 맞춘다. 이 시스템은 광 공동 안에 삽입 비선형 ^χ이 결정에 기반 해 지금 같은 단일 모드 또는 결정에 따라 두 개의 모드 압착 된 진공과 같은 비 고전적 빛의 매우 효율적인 소스로 잘 알려진 위상 정합.
그 직교 분포가 가우시안 통계를 다음과 같이 압착 진공 가우스 상태입니다. 그러나 프로토콜이 아닌 Gaus을 필요로의 수를 보여왔다시안 ^5를 말한다. 바로 이러한 상태를 생성하는 것은 어려운 작업이며 강력한 χ ³ 비선형 성을 필요로한다. 그러나 확률 적 예고 다른 절차는 가우시안 상태에서 작동 조건부 제조 기술을 통해 측정 - 유도 비선형 성을 사용하여 구성된다. 여기에, 기본 자원으로 두 개의 다른 위상 일치 파라 메트릭 발진기를 사용하여 두 개의 비 가우시안 상태, 단일 광자 상태와 일관된 상태의 중첩에 대한 우리의 세부 사항이 세대 프로토콜입니다. 이 기술은 잘 조절 된 시공간 모드에서 대상 국가와 국가의 발전과 높은 충실도의 달성을 가능하게한다.

Introduction

광학 필드를 여행의 양자 상태를 엔지니어 할 수있는 능력은 양자 통신, 컴퓨팅 및 계측 등의 양자 정보 과학 기술 ^1위한 중앙 요구 사항입니다. 여기, 우리는 기본 자원으로 임계 값 이하로 운영 연속파 광 파라 메트릭 발진기 ^3,4에 의해 방출 된 빛을 사용하여 일부 특정 양자 상태의 준비와 특성에 대해 설명합니다. 특히, 두 시스템이 고려 될 것 - 유형-II의 위상 정합 OPO와 유형-I OPO를 - 각각 예고 단일 광자와 광 간섭 상태 겹쳐 적층 (CSS), 양식, 즉 국가의 안정적인 발전을 가능 | α > - |-α>. 이러한 상태는 선형 광학 양자 계산 ^{6 개의} 광학 하이브리드 프로토콜 ^5,7까지 양자 정보 다양한 프로토콜의 구현을위한 중요한 자원이다. 중요한 것은, 메소드 P 여기에 분개하는 것은 잘 조절 시공간 모드로 진공 방출의 낮은 혼합물을 얻는 허용한다.

일반적으로, 양자 상태는 위그 너 함수 W (x, ^{P)으로 13라는} 위상 공간에서 준 확률 분포의 형상에 따라 가우시안 상태 및 비 가우시안 상태로 분류 될 수있다. 비 가우시안 미국의 경우, 위그 너 함수는 비 classicality의 강력한 서....

Protocol

1. 광 파라 메트릭 발진기

1. (향상된 기계적 안정성 및 감소 공동 내부 손실) 4 cm 길이 semimonolithic 선형 공동 구축. 입력 미러 직접 비선형 결정의 일면에 코팅된다.
2. 1,064 nm에서의 신호와 아이들러 532 nm의 높은 반사에서 펌프에 대한 95 %의 입력 커플러 반사를 선택합니다. 반대로, 출력 커플러 펌프에 대한 반사율이 높은 것으로 선택하고 투과율 T의 = 10 % 적외선을위한. OPO의 자유 스펙트럼 범위는 Δω = 8.6 GHz의 동등 및 대역폭은 약 60 MHz 이상이다. 즉, 펌프 및 하향 변환 된 필드에 대한 캐비티가 삼중 공진합니다.
3. 유형 II의 OPO 시스템 또는 유형-I OPO의 PPKTP 결정에 대한 KTP 크리스탈을 사용합니다. 그들의 위상 매칭 온도에서 결정 온도 안정화.
4. 레이저 소스로 사용할 연속파 주파수가 배가 된 Nd : YAG 레이저. 532 nm에서 OPO 펌프와의를 사용하여frared 광 호모 다인 ​​검출 용 국부 발진기 (LO)와 같은 높은 기교 캐비티 (모드 청소기)에 의해 공간적 필터링 후의.
5. 펌프 및 캐비티 모드 간의 모드 정합을 달성한다.
6. 파운드 - Drever - 홀 기술에 의해 펌프의 공명에 대....

Results

타입 II의 OPO 높은 충실도 단일 광자 상태의 발생을위한 :
예고 상태의 단층 촬영 재구성은 재구성 된 밀도 행렬 및 대응 위그 너 함수의 대각 요소가 표시되는도 2에 도시된다. 어떤 손실 교정없이, 예고 상태는 78 %만큼 높은 단일 광자 성분을 나타낸다. 고려 전체적인 탐지 손실 (15 %)을 취함으로써 상태가 단일 광자 상태를 가진 91 %의 충실도에 도달한다. 다운 변환 프로세스에 의해 생성 다중 광자 쌍의 결과 이​​광자 성분을 3 %로 제한된다.

에 대한 Type-I OPO 및 CSS 상태의 생성 :
타입 I-OPO의 임계치는 약 50 mW의 것이다. 강한 압착을 준수하기 위해, 우리는 40 ㎿가 펌프의 힘으로, 즉 임계 값에 가까운 측정을 수행하고, 5 MHz의 분석 주파수에서. 도 3a, t에 나타낸 바와 같이그는 (검출 손실 및 전자 노이즈 보정 경우에 어떤 수정.......

Discussion

여기에 제시된 조건부 제조 기술은 항상 초기 분형 리소스 및 예고 검출기에 의해 수행되는 측정의 작용이다. 이 두 가지 구성 요소가 강하게 발생 상태의 양자 특성에 영향을 미친다.

우선, 준비된 상태의 순도는 강하게 따라서 '좋음'OPO가 요구되는, 초기 리소스의 하나에 의존한다. '좋은'OPO는 무엇입니까? 그것은 탈출 효율 η 화합 부근에 해당하는 장치입니다. 파라미터 η는 출력 결합기, T의 송신의 비율이 송신 및 (또는 산란에 크리스탈 흡수 으) 인트라 캐비티 손실, L + T.의 합에 의해 주어진다 관련 L의 경우, 출력의 송신이 송신 차적으로 증가하는 임계 값의 비용으로 증가되어야한다. 탈출 효율 직접는 obtai 될 수 압착의 최대 양을 정의임계 값 네드 부근에 있습니다. 여기서, 이탈 효율은 OPO 모두 약 96 %이다. 조건부 준비 기간 OPO이어서 고순도를 보장하기 위하여 작게 임계 값에서 동작된다.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
펌프 레이저	Innolight	Diabolo	이중 출력, IR 및 532nm
KTP 및 PPKTP 크리스탈	Raicol		다른 공급업체에서 사용 가능
간섭 필터	Barr associates
고효율 포토다이오드	Fermionics		양자 효율 97% 이상
오실로스코프	Lecroy	Wave runner 610 Zi	데이터 수집에 사용
스펙트럼 분석기	Agilent	N9000A	다른 공급업체에서 사용 가능
패러데이 로테이터	Qioptic	FR-1060-5SC	다른 공급업체에서 사용 가능
PZT	PI	P-016.00H	다른 공급업체에서 사용 가능
초전도 단일 광자 검출기	Scontel	SSPD	low dark
카운트 광 스위치	Thorlabs	OSW12-980E	다른 공급 업체에서 사용 가능