방법 논문

생성 및 펄스 양자 주파수 빗의 일관 된 제어

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DOI:

10.3791/57517

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2018년 6월 8일

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1Institut National de la Recherche Scientifique - Centre Énergie, Matériaux et Télécommunications (INRS-EMT), 2School of Engineering, University of Glasgow, 3Department of Energy, Information Engineering and Mathematical Models, University of Palermo, 4School of Mathematical and Physical Sciences, University of Sussex, 5Department of Physics and Material Science, City University of Hong Kong, 6State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Science, 7Centre for Micro Photonics, Swinburne University of Technology, 8Institute of Photonics, Department of Physics, University of Strathclyde, 9Institute of Fundamental and Frontier Sciences, University of Electronic Science and Technology of China, 10National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

프로토콜은 실용적인 세대 및 각각 통합된 마이크로 충 치 및 표준 통신 구성 요소를 사용 하 여 차원 높은 주파수-빈의 얽혀 광자의 일관 된 조작을 위해 제공 됩니다.

초록

우리는 생성 및 펄스 양자 주파수 빗의 일관 된 조작 방법 제시. 지금까지, 실용적인 방법으로 차원 높은 상태에 칩을 준비의 방법을 준비 하 고 이러한 상태를 처리 하는 데 필요한 양자 회로의 증가 복잡성 때문에 애매 남아 있다. 여기, 우리는 개요 얽혀, 얼마나 높은 차원, 주파수-빈 2 광자 상태는 안정적이 고 높은 생성 속도에 비선형 마이크로 구멍의 중첩 구멍, 적극적으로 모드 잠금 여기를 사용 하 여 생성할 수 있습니다. 이 기술은 펄스 양자 주파수 빗을 생산 하는 데 사용 됩니다. 또한, 우리가 현재 어떻게 양자 상태 수 coherently 프로그래밍 가능 필터 및 전기 광학 변조기와 같은 표준 통신 구성 요소를 사용 하 여 조작. 특히, 우리 상세히에서 밀도 행렬 재건, 일치 탐지 등 단일 광자 스펙트럼 결정 상태 특성 측정을 수행 하는 방법을 보여줍니다. 제시 방법을 주파수 영역에서 복잡 한 차원 높은 상태 준비 및 조작 프로토콜에 대 한 접근, 재구성, 및 확장 가능한 기초를 형성 한다.

서론

양자 현상의 제어 보안 양자 통신1,2및3를 감지 하는 양자를 처리 하는 강력한 양자 정보 등 다양 한 분야에서 새로운 응용 프로그램에 대 한 가능성을 엽니다. 반면 실제 플랫폼의 다양 한 양자 기술4의 현실화에 대 한 적극적으로 연구 되 고는, 광 양자 상태는 중요 한 후보자 그들은 긴 일관성 시간 및 외부 소음, 우수한 안정성을 전시 수 있습니다. 전송 속성으로 호환성 기존 통신 및 실리콘 칩 (CMOS) 기술.

양자 기술에 대 한 광자의 잠재력을 완전히 실현, 향해 여러 얽혀 당사자 및/또는 높은 차원 사용 상태 복잡성 및 정보 콘텐츠를 늘릴 수 있습니다. 그러나, 이러한 광의 온 칩 생성으로 설정을 복잡 하 고, 완벽 하 게 확장 가능한, 그리고/또한 높은 전문 구성 요소를 사용 하 여 실용성을 부족 합니다. 특히, 높은 차원 경로-녹 채 필요 figure-introduction-1 coherently 흥분 동일한 소스와 빔 스플리터5 의 정교한 회로 (어디 figure-introduction-2 국가 차원 이다) 시간-녹 채 필요 복잡 한 동안, 멀티 암 interferometers6. 놀랍게도, 주파수-도메인은 적합 확장 세대 및 복잡 한 상태의 제어에 대 한 양자 주파수 빗 (QFC)7,8 통합된 광학의 조합을 사용 하 여 그것의 최근 착취에 의해 같이 하 고 통신 인프라9, 미래의 양자 정보 기술에 대 한 유망한 프레임 워크를 제공 합니다.

온 칩 QFCs 통합된 마이크로 구멍에서 비선형 광학 효과 사용 하 여 생성 됩니다. 이러한는 비선형 마이크로-공 진 기를 사용 하 여 두 얽혀 광자 (신호 및 아이 들러 지적)-중첩 구멍의 생성 결과 쌍 두 여기 광자의 소멸을 통해 자발적인 4 웨이브 혼합 하 여 생산 공 진 주파수를 균등 하 게 배치 모드 (그림 1). 개별 주파수 모드 간에 일관성 있는 경우는 주파수-빈 얽혀 상태가 형성된10, 종종 두 광자 모드 잠금 상태11이라고. 이 상태의 파동 함수에 의해 기술 될 수 있다

figure-introduction-3

여기, figure-introduction-4 및 figure-introduction-5 단일 주파수 모드 들러 고 신호 구성 요소, 각각, 그리고 figure-introduction-6 에 대 한 확률 진폭은는 figure-introduction-7 번째 신호 들러 모드 쌍.

온 칩 QFCs의 이전 데모 실행 가능한 양자 정보 플랫폼으로 그들의 다양성을 강조 표시 하 고 상관된 광자12, 광자 교차 편광13, 얽혀 광자14,15 의 빗을 포함 , 16, 다중 광자 상태15, 그리고 주파수 빈 얽혀 상태9,17. 여기, 우리 QFC 플랫폼에 대 한 자세한 개요를 제공 하 고 높은 차원의 주파수-빈에 대 한 프로토콜 얽혀 광 상태 생성 및 제어.

미래 양자 응용 프로그램, 특히 (대 한 적절 한 정보 처리), 고속 전자 인터페이스를 콤팩트 하 고 안정 된 설치 프로그램에서 높은 순도 광자의 높은-속도 세대를 요구 한다. 우리는 QFCs 통신 S, C 및 L 주파수 대역 내에서 생산 하는 적극적으로 모드 잠금, 중첩 구멍 스키마를 사용 합니다. 마이크로 반지는 더 큰 펄스 레이저 구멍, 광 이득 (erbium 첨가 광섬유 증폭기를 EDFA에 의해 제공)와 마이크로 링 여기 대역폭18에 맞게 필터링에 통합 됩니다. 모드 잠금 구멍 손실19의 전기 광학 변조를 통해 적극적으로 실현 된다. 아이 솔 레이 터 펄스 전파 방향 다음을 보장 합니다. 결과 펄스 기차 매우 낮은 평균 제곱근 (RMS) 잡음 있으며 가락 반복 속도 및 펄스 파워 전시. 높은 절연 노치 필터는 여기 필드에서 내보낸된 QFC 광자를 구분합니다. 이러한 단일 광자는 다음 제어 및 감지에 대 한 섬유를 통해 안내 됩니다.

우리의 체계 광학 칩에 사용 하는 모든 구성 요소를 통합 수 잠재적으로 높은 세대-속도, 소형 QFC 소스를 향해 단계입니다. 또한, 펄스 여기는 특히 잘 양자 응용 프로그램에 적합 합니다. 먼저, 마이크로 구멍 공명 여기에 대칭의 한 쌍을 보고, 각 광자 선형 광학 양자20컴퓨팅에 대 한 단일 주파수 모드-중앙에 의해 특징은 두 광자 상태 생성 합니다. 뿐만 아니라, 다중 광자 상태 더 높은 전력 여기 정권 이동 여러 신호 들러 쌍15를 선택 하 여 생성할 수 있습니다. 둘째,로 알려진된 시간 창에 해당 하는 펄스 구동에 광자를 내보낸 후 처리 및 게이팅 상태 탐지를 향상 시키기 위해 구현할 수 있습니다. 아마 가장 크게, 우리의 체계 광자의 고조파 모드 잠금 사용 하 여 일치 사고 비율 (자동차)-고속, 다중 채널 양자 정보에 대 한 방법을 포장 수 있는 감소 없이 높은 속도 지원 기술입니다.

영향 및 주파수 도메인의 타당성 입증, QFC 상태 제어 고효율 변환 및 상태 일관성을 보장 하는 타겟 방식에서 수행 해야 합니다. 이러한 요구 사항을 충족, 우리 캐스케이드 프로그래밍 가능 필터 및 위상 변조기-통신 업계에서 기존된 구성 요소를 사용 합니다. 프로그램 가능한 필터는 임의 스펙트럼 진폭 및 위상 마스크 개별적으로; 각 주파수 모드를 해결 하기 위해 충분 한 해상도와 단일 광자에 부과 하 사용할 수 있습니다. 그리고 전기 광학 위상 변조기 무선 주파수 (RF) 신호 발생기에 의해 구동 주파수 구성 요소21의 혼합 촉진.

이 제어 체계의 가장 중요 한 점은 단일 제어 요소를 사용 하 여 단일 공간 모드에서 동시에 광자의 모든 양자 모드에서 작동. 양자 상태 차원 증가 해도 경로 또는 시간 빈 녹 채 제도 달리 설치 복잡성의 증가 이어질 하지 것입니다. 뿐만 아니라, 모든 구성 요소가 외부 재구성 (의미 작업 설치 개정 없이 변경 될 수 있습니다) 기존 통신 인프라를 사용 하 여. 따라서, 초고속 광 처리의 분야에서 기존 및 향후 개발 옮겨질 수 있다 직접의 양자 상태 확장 가능한 제어를 미래에.

요약 하자면, QFCs에 의해 주파수 도메인의 착취 복잡 한 양자 상태 및 그들의 통제의 높은 속도에서는 그리고, 따라서 실용적이 고 확장 가능한 양자 기술 쪽으로 복잡 한 상태의 활용 적합.

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프로토콜

1. 세대 높은 차원 주파수-빈의 얽혀 펄스 구동을 통해 상태

  1. 그림 2 (세대 단계)에서 설명 하는 계획에 따라 각 구성 요소 (향상 된 환경 안정성)에 대 한 편광 유지 광섬유를 사용 하 여 연결 합니다.
  2. 전기 광학 진폭 변조기를 전원 공급 장치를 연결 하 고 그것을 통해 전송 하는 광 출력 (광 파워 미터를 사용 하 여 측정), 절반 약은 때까지 오프셋된 값을 조정 하는 DC 전압 오프셋을 적용 예를 들어.는, 피크 2의 전송 값 mW 1로 절반 가까이 떨어졌다 mW.
  3. 대략적인 외부 캐비티 길이 측정 합니다. 관계를 사용 하 여 외부 캐비티 모드 간격 계산
    figure-protocol-1
    어디 figure-protocol-2 외부 캐비티 모드 간격, c 는 진공에서 빛의 속도 figure-protocol-3 구멍 매체의 효과적인 인덱스 이며 L 외부 캐비티 길이. 예를 들어 20 m에서 1.46의 효과적인 굴절률으로 섬유의 구성, 구멍에 대 한 대략적인 캐비티 모드 간격 10.2 m h z 것입니다.
  4. Lasing 시작 EDFA를 켭니다.
  5. 캐비티 커플러 또는 다른 링 포트 설치로 빠른 포토 다이오드를 삽입 합니다. 시간 도메인에서 여기 필드의 강도 관찰 하는 오실로스코프를 포토 다이오드 신호를 연결 합니다.
  6. 오실로스코프 시간 해상도를 설정 < 100 ps (수평 스케일 노브) 통해 ns-규모 펄스를 해결. 이 단계에서 활성화, 변조기 없이 오실로스코프에 출력 불안정 펄스 동작 낮은 품질, 높은 잡음 펄스 기차를 보여줄 것 이다.
  7. 전기 광학 진폭 변조기를 함수 발생기를 연결 합니다. 위에 발견 하는 (대략적인) 외부 캐비티 모드 간격 (또는 그것의 고조파) 함수 발생기 출력의 주파수를 설정 합니다. 이 신호 모드 잠금을 수행합니다. 펄스 (직사각형) 파형 또는 사인 파동 진폭 변조에 대 한 선택 합니다. 함수 발생기를 켭니다.
  8. RF 함수 발생기 주파수와 DC 최적화 및 안정화 오실로스코프에 펄스 기차 모양 오프셋 조정. 운전 하는 펄스 신호를 사용 하는 경우의 듀티 사이클을 최적화 합니다.
  9. 수동으로 사용자가 원하는 대로 생성 된 광자의 속성은 정권에 펄스 강도 감소 (또는 증가)에 EDFA 이득 조정 (차 여기 유용한 통계-그것의 측정에 대 한 내용은 아래 참조). 이 위해, 타이밍 전자와 함께 제공 되는 시각적 인터페이스에 의해 생성 된 해당 일치 히스토그램을 비교 합니다.
  10. (포토 다이오드에 의해 감지) 펄스 기차 신호 또는 RF 모드 잠금 신호 광자 쌍 생성와 단일 광자 검출기를 동기화 타이밍 전자 동기화 채널을 피드.
  11. 동시에 펄스 당 같은 전력 되도록 EDFA 이득 보강 하면서 외부 캐비티 주파수 간격의 높은 고조파에서 모드 잠금 변조기는 QFCs의 생성 속도 높이려면 드라이브-이 포 톤을 유지 하면서 차 쌍 증폭 쌍 생산 속도 (그림 3). 이 위해, 증가 함수 발생기 주파수와 EDFA 이득을 각각 출력.

2. 제어 높은 차원 주파수-빈의 얽혀 상태

  1. 그림 2 (제어 단계)에서 설명 하는 계획에 따라 편광 유지 광섬유를 사용 하 여 모든 구성 요소를 연결 합니다. 시리즈 첫 번째 프로그래밍 가능 필터, 위상 변조기, 그리고 두 번째 프로그래밍 가능 필터 생성 구성표에 노치 필터에서 시작 하 여 연결 합니다. 마지막으로 측정 목적에 대 한 단일 광자 검출기를 연결 합니다.
  2. 프로그래밍 가능 필터 작업
    참고: 특정 응용 프로그램/측정 수행 되 고, 따라는 QFC의 제어 매개 변수는 다양 하며 주파수 모드에 적용 하는 위상 및 진폭 마스크에 따라 결정 해야 합니다. 진폭 마스크 감쇠 하거나 차단할 특정 주파수 모드를 사용할 수 있습니다 그리고 위상 마스크 각 모드에 임의 상전이 얻으며 수 있습니다.
    1. 원하는 응용 프로그램/측정에 대 한 필요한 마스크를 결정 합니다.
    2. 22프로그래밍 가능 필터 시각적 인터페이스 통해 원하는 주파수 모드 채널의 진폭을 설정 하 고 모든 다른 사람을 약하게 합니다.
    3. 마찬가지로, (원하지 않는 채널에 적용 하는 단계 중요 하지 않습니다, 그들은 완벽 하 게 감쇠는으로) 하는 위상 마스크를 적용 합니다. 원하는 주파수를 선택 하는 시각적 인터페이스와 프로그래밍 가능 필터를 제어 합니다.
  3. 위상 변조 작업
    1. 주기적 신호에 의해 구동 하는 위상 변조를 사용 하 여 측 대역 위상 변조기를 구동 신호 발생기의 주파수에 의해 균등 하 게 간격으로 각 스펙트럼 부품 분할. 이 사용 하 여 여러 가지 다른 양자 주파수 모드, 경로-녹 채 제도에 공간 빔-스플리터와 유사한 혼합. 양자 정권에서 전기 광학 위상 변조 작업23뿌리는 양자를 간주 됩니다.
    2. 대상 주파수 모드를 결정 (에 figure-protocol-4 및 측정/처리 수행 되 고) 원하는 최적화 (주파수 및 사인파 발생기에 대 한 진폭) 전압 패턴 계산 및 figure-protocol-5 값 (아래 참조 일부 세부 사항에)입니다.
    3. 신호 발생기 (SMC 케이블) 등 저 손실 케이블을 사용 하 여 RF 증폭기에 연결 합니다. 또한 적절 한 RF 케이블을 사용 하 여 위상 변조기에 RF 증폭기 출력을 연결 합니다. 일단 모든 RF 끝 연결 되어 RF 증폭기 바이어스 제대로 종료.
    4. RF 증폭기에 원하는 혼합 조건에 맞게 충분 한 전압을 가진 전기 광학 위상 변조기를 구동 하도록 충분 한 출력을-몇몇 순서는 figure-protocol-6 (위상 변조기의 반 파 전압). 또한, RF 케이블 및 커넥터 운전 신호 대역폭과 주파수 범위에 대 한 충분 한 인지 확인 합니다.
    5. 만든된 사이드 밴드와 함께 원하는 모드 겹쳐집니다 주파수에서 RF 신호 발생기 (이 위상 변조기 운전) 설정 (예., 33 GHz).
    6. 주파수 모드를 혼합 신호 발생기를 켭니다.
    7. 올바른 변조 적용을 확인합니다 하려면 위상 변조기를 통해 연속파 레이저 보내고 출력 스펙트럼 (변조 매개 변수 더 일 수 있다 광학 스펙트럼 분석기를 사용 하 여 의도 된 변조에 해당 함을 확인합니다 최적화을 참조 하십시오).
      참고: 주파수 모드 (최적의 함수 주파수 및 진폭 결정)을 혼합 하 여 최적화 매우 원하는 혼합 체계에 따라 수행 되 고 실험 이며, 국가 차원 figure-protocol-7 . 가능 하다 면, 혼합 제도 혼합 효율을 높이 초기 주파수 모드 (낮은 정수 측 대역)에 가까운 모드를 혼합 한다. 예를 들어 만약 figure-protocol-8 , 중간 두 가지 주파수 모드 간에 발생 하는 혼합 것이 좋습니다 (따라서, 위상 변조 해야 구동은 정수 여러 반 에 있는 주파수에 양자 모드 주파수 간격, 또는 무료 스펙트럼 범위 (FSR))입니다. 그러나, figure-protocol-9 , 중심 주파수 모드 (위상 변조 해야 구동 주파수는 정수에서 여러 동등한은 FSR을)에서 발생 하는 것이 좋습니다는 혼합. 예 figure-protocol-10 및 마이크로 구멍 figure-protocol-11 g h z, 위상 변조 신호를 운전 33.33 g h z로 설정 되도록는 figure-protocol-12 대역 또한 센터에 충분 한 강도 떠나 있는 동안 인접 주파수 모드-와 겹치는 주파수 모드입니다. 이 모드를 인접 하는 측 대역 중첩에 결과 figure-protocol-13 , figure-protocol-14 및 figure-protocol-15 중심 주파수 모드에서 figure-protocol-16 . 그림 4a 의 변조 과정 및 측 파 대 계수 예를 시각화. 각 주파수 모드 같은 위상 변조를 겪 습 및 동일한 측 파 대 분포를 생성 하지만 원래 주파수 모드 (그림 4a)에 대 한. 단일 주파수 모드에 대 한 측 파 대 진폭으로 푸리에 시리즈24의 계수 계산
      figure-protocol-17
      어디 figure-protocol-18 진폭에 전송는 figure-protocol-19 번째 측 파 대, figure-protocol-20 위상 변조기, 구동 주파수는 figure-protocol-21 위상 변조 패턴 (주파수와 주기 figure-protocol-22 ), 그리고 figure-protocol-23 는 정기적인 변조 함수의 인수 (figure-protocol-24). 정현파 구동 신호에 대 한 figure-protocol-25 , 측 진폭 야코비 분노 확장에 의해 설명
      figure-protocol-26
      figure-protocol-27
      어디 figure-protocol-28 는 figure-protocol-29 -일 주문에서 평가 하는 첫 번째 종류의 Bessel 함수 figure-protocol-30 및 figure-protocol-31 최대 위상 변화 (어디 figure-protocol-32 의 단일 톤 운전 신호 전압 진폭은).

3. 처리는 높은 차원의 주파수-빈의 얽혀 상태

  1. 단일 광자 스펙트럼
    1. 프로그래밍 가능 필터의 출력에는 QFC에서 여기 필드의 필터링에 따라 단일 광자 검출기를 삽입 합니다.
    2. 프로그래밍 가능 필터 컴퓨터 소프트웨어를 통해 광자 수 속도 측정 하는 주파수의 기능으로 좁은 대역 통과 필터 진폭 마스크를 사용 하 여 전체 프로그래밍 가능 필터 대역폭 청소. 예를 들어 비주얼 인터페이스/제어 MATLAB에서 스크립트 (그는 프로그래밍 가능 필터 제어와 타이밍 전자 인터페이스) 사용, 원하는 필터 대역폭 값을 입력 하 고 단계 번호 고 클릭 합니다 "실행". 적절 한 광자를 얻을 충분 한 통합 시간 계산을 확인 합니다.
    3. 이 데이터에서 스펙트럼을 재구성, 해당 파장에 대 한 광자 수 속도 (예: Matlab 스크립트를 사용 하 여) 플롯 (대역 통과 필터 센터) 어디 그들은 취득 했다.
  2. 우연이 측정
    1. 우연의 일치 측정을 수행 하려면 분리 하 고 노선 분리 단일 광자 검출기 신호 및 게으름 뱅이 광자. 프로그램 가능한 필터는 여러 포트를 분리를 수행 하기 위해 사용. 그렇지 않으면, 고밀도 파장 분할 멀티플렉서 (DWDM) 단일 광자 검출기 전에 삽입 하 고이 광자를 사용 하 여.
    2. 신호와 게으름 뱅이 쌍 (예를 들어 두 번째 공명 라인 구동 주파수, 신호 2 및 아이 들러-2)를 선택 합니다 (제공 된 소프트웨어 인터페이스)를 통해 필터는 프로그래밍 가능 사용 하 고 두 개의 별도 단일 광자 검출기를 라우팅합니다. 예를 들어 WaveManager 소프트웨어에 대 한 Flexgrid 하위 메뉴를 클릭 "추가" 하 고 클릭 선택한 채널22에 대 한 파장 및 출력 포트를 입력 하십시오.
    3. 신호 및 시간-디지털 변환기를 사용 하 여 게으름 뱅이 광자의 도착 시간을 기록 합니다. 이 측정에서 두 개의 광자 사이의 시간 지연을 계산 합니다. (예: Matlab 스크립트를 사용 하 여) 히스토그램 플롯 우연의 일치의 시간 지연에 대 한 건의 figure-protocol-33 신호 및 아이 들러 사이-이 우연의 일치 측정을 제공 합니다.
      참고: 자동차 통계 다중 광자 프로세스 및 어두운에서 발생 하는 우연한 일치 수 생성 된 광자 쌍에서 진정한 일치 카운트 수를 비교 합니다.
    4. 센터 피크에 카운트 수 위의 계산 측정에서 기록 (우연 같은 펄스, 제로 지연 중심에서 생산 하는 광자에서 형태소 분석 figure-protocol-34 )-우연의 일치 값입니다.
    5. 각 측면-피크에서의 평균 수를 기록 (광자의 우연 다른 펄스에서 생산 어디 figure-protocol-35 는 펄스의 기간, 즉., 반복 주파수의 역 수), 실수로 값입니다.
      참고: 자동차는 단순히 이러한 두 값 (우연의 일치 값/사고 값)의 비율.
  3. 밀도 행렬 재건
    참고: 밀도 행렬 재건 과정 양자 상태의 여러 매개 변수 의존: 광자, 광자, 그리고 어떤 모드 측정 되는 수의 차원. 필요한 원시 측정의 수와 동등 하다figure-protocol-36어디figure-protocol-37차원이 고figure-protocol-38광자의 수가입니다. 그래서, 예를 들어 2 광자 쌍의 차원figure-protocol-3981 측정을 요구할 것 이다. 이 프로토콜의 쌍에 대 한 예제와 함께 밀도 행렬 재건에 대 한 일반 과정을 개설할 것 이다figure-protocol-40주파수 모드 광자입니다.
    1. 원하는 상태에 대 한 기초 벡터의 세트와 투영 벡터 (적절 하 게이 선택 하는 방법에 대 한 내용은 아래 참조)의 집합을 결정 합니다.
    2. 우연의 일치 측정 단일 광자 검출기를 별도의 프로그래밍 가능 필터 또는 DWDM 경로 신호 및 게으름 뱅이 광자를 사용 합니다.
    3. 프로그래밍 가능 필터 소프트웨어 제어를 통해 원하는 주파수 모드를 선택 하 고 모든 다른 사람을 약하게 합니다. 단계 개별적으로 각 투영 wavevector를 실현 하 고 우연 측정 기록에 대 한 마스크 값을 설정 합니다. 그것은 다른 투영 우연 수 사이의 동시 통합을 허용 하는 것이 중요입니다.
    4. 컴퓨터에 사용자 지정 스크립트를 사용 하 여 각 투영 wavevector (전산 관련 세부 사항 아래 참조)의 원시 우연 수 측정을 사용 하 여 광자의 밀도 매트릭스를 계산 합니다.
      참고: 밀도 행렬 측정에 대 한 기초 벡터를 결정, 그들은 상태 공간에 걸쳐 해야 합니다. 예를 들어 경우에 대 한 기초 벡터는
      figure-protocol-41
      상태에 대 한 figure-protocol-42 , 밀도 행렬, 양자 상태를 설명
      figure-protocol-43
      밀도 행렬 어떤 실제 시스템 긍정적인 명확한, 에르미트 행렬-하지만 소음 인이 항상 수 있습니다 될 경우. 선택한 기초와 예제 경우에서 이상적인 극대 주파수 얽혀 상태 wavevector로 나타낼 수 있습니다.
      figure-protocol-44
      그리고 따라서, 이론 밀도 행렬 일 것입니다.
      figure-protocol-45
      프로젝션 wavevectors의 시리즈에 투영 측정을 수행한 figure-protocol-46 . 으로, 주어진 각 영사에 대 한 일치 수
      figure-protocol-47
      어디 figure-protocol-48 은 상수 (아래 정의 참조).
    5. 직교 집합 선택 figure-protocol-49 , 매트릭스, 정규화 figure-protocol-50 는,
      figure-protocol-51
      어디 figure-protocol-52 추적은 figure-protocol-53 차원, 이다 figure-protocol-54 광자의 수와 figure-protocol-55 는 크로네커 델타 함수. 이 행렬의 특별 한 단일 SU를 사용 하 여 생성할 수 있습니다 (figure-protocol-56) 발전기 (있는 figure-protocol-57 ), 모든 가능한 텐서 제품 조합25통해 항등 매트릭스와 함께. 아래 예제에서는 경우의 직교 행렬에 대 한 참조.
    6. 밀도 행렬을 재구성 figure-protocol-58 , 다음과 같은 관계를 통해
      figure-protocol-59
      figure-protocol-60
      figure-protocol-61
      figure-protocol-62
      어디 figure-protocol-63 는 광자에 대 한 건의는 figure-protocol-64 번째 투영 벡터, figure-protocol-65 는 투영 벡터 (다음 단계 참조), 어디 figure-protocol-66 및 figure-protocol-67 방정식 정의 따라 계산 됩니다.
      참고: 예제에서는 사건에 대 한 투영 wavevectors는,
      figure-protocol-68figure-protocol-69
      figure-protocol-70
      figure-protocol-71
      figure-protocol-72
      figure-protocol-73
      figure-protocol-74
      figure-protocol-75
      figure-protocol-76
      실험적으로,이 wavevectors는 프로그래밍 가능 필터를 통해 각 모드에 적절 한 위상 변화를 부여 하 여 실현 됩니다. 이전 발행물25 투영 벡터에 대 한 내용을은 참조 하십시오. 행렬의 직교 집합 figure-protocol-77 예 경우 먼저 항등 매트릭스와 함께 SU(3) 발전기를 사용 하 여 선택 하는
      figure-protocol-78
      figure-protocol-79
      figure-protocol-80
      figure-protocol-81
      figure-protocol-82
      figure-protocol-83
      figure-protocol-84
      figure-protocol-85
      figure-protocol-86
      고로, 계산
      figure-protocol-87
    7. 높은 차원 국가 재건에 대 한 자세한 토론, 참조 25 25를 참조.

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결과

생성 및 높은 차원 주파수-빈 상태 ( 그림 1마이크로 구멍 비선형의 흥분에 따라)의 제어에 대 한 개요 구조 그림 2에 표시 됩니다. 이 설치 표준 통신 구성 요소를 사용 하며 광자 생산 속도 처리 작업 적용에 매우 유연한입니다. 그림 3 차 감소 없이 광자 쌍의 생산을 증가 시킬 수 있다 시연 반복 속도의 기능으로 우연의 일치 속도 자동차를 통해 세대 체계의 특성을 보여준다. 제어 섹션에서 프로그래밍 가능 필터 및 위상 변조기 (그림 4A) 광자 wavefunctions의 일관 된 제어를 허용 한다. 이러한 제어 구조 사용의 양자 상태 단층 촬영을 수행 하는

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토론

QFCs를 통해 도메인-광학 주파수, 이유의 호스트에 대 한 양자 응용에 유리 하다. 작업은 전역, 모든 행동 상태 동시에, 크기 또는 복잡성 상태 차원 증가 규모 하지 않는 디자인에 있는 결과. 이것은 구성 요소 다시에-the-fly 방식 설치를 변경 하지 않고 수 수 하 고 기존 및/또는 개발 하는 반도체 및 정보 통신 인프라를 이용 하 여 칩에 통합된 되 고 수 향상 되었습니다. 생성 기법 또한 다른 광학 마이크로 충 치에 대 한 채택 될 수 있었다-2 차 비선형 마이크로-충 치28, 마이크로 디스크29, 광 결정도30,31, 등.

여기 계획에서 발전 높은 생산 속도, 양자 정보 처리 응용 프로그램에 필요한에 대 한 방법을 포장 됩니다. 높은 고조파 주파수에서 모드 잠금...

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감사의 글

우리는 기술적인 통찰력;에 감사 R. Helsten 피 도움말 및 처리 장비에 대 한 QPS Photronics에서 쿵 QuantumOpus 및 옵 토 일렉트로닉스 부품 및 그들의 지원에 대 한-의 상태--예술 광자 탐지 장비를 제공의 N. 베르토네 이 작품은 다음 자금 출처에 의해 가능 하 게 되었다: 자연과학 및 공학 연구 위원회의 캐나다 (NSERC) (Steacie, 전략적, 발견, 및 가속 보조금 제도, Vanier 캐나다 대학원 장학금, USRA 장학금); Mitacs (IT06530) 및 PBEEE (207748); 달 PSR SIIRI 이니셔티브; 캐나다 연구의 자 프로그램; 오스트레일리아 연구 위원회 발견 프로젝트 (DP150104327); 유럽 연합의 지평선 2020 연구와 혁신 프로그램 마리 Sklodowska-퀴리 아래 부여 (656607); CityU SRG Fd 프로그램 (7004189); 중국 과학 아카데미 (XDB24030300);의 전략적 우선 순위 연구 프로그램 사람들이 프로그램 (마리 퀴리 동작) 유럽 연합의 FP7 프로그램 정말 이에요 부여 계약 INCIPIT (PIOF-가-2013-625466); ITMO 친교 및 교수 프로그램 (그랜트 074-U 01);를 통해 러시아의 정부 1000 재능 사천 프로그램 (중국)

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
초전도 나노와이어 단일광자 검출기 시스템Quantum OpusOpus One
전기광학 위상 변조기EO-Space저손실 모델
프로그래밍 가능한 필터Finisar WaveShaper 4000s
타이밍 전자PicoQuantHydraHarp 400
마이크로 링 공진기200GHz FSR 마이크로 링 공진기는 고굴절률 유리로 제작되었습니다. 플랫폼에 대한 자세한 내용은 24를 참조하세요.
에르븀 도핑된 섬유 증폭기KeopsysPEFA-SP-C-PM-27-B202-FA-FA
전기 광학 진폭 변조기Oclaro SD40
RF 톤 소스로데 & SchwarzSMP 04
RF 톤 증폭기RF-LambdaRFLUPA27G34GA
함수 발생기TetronixAFG 3251
절연체일반 포토닉스NISO-S-15-SS-FC/APF
오실로스코프Tetronix 
포토다이오드FinisarXPDV 50GHz
DWDMOptiWorksDWFUQUMD08BN
전원 공급 장치MadellCA18303D
TDS5052B

참고문헌

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