Name: 연속파 광 파라 메트릭 발진기와 빛의 양자 상태 공학 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 23 s
Description: 학습하세요 연속파 광 파라메트릭 발진기를 이용한 단일광자 및 코히런트 상태 중첩 생성 방법입니다. 조건부 준비 기법과 호모다인 검출을 통해 고충실도 양자 상태를 구현하는 양자 광학 실험 기술을 익히세요.

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이 작품은 ERA-NET CHIST-ERA ( &#39;QScale&#39;프로젝트)에 의해 ERC 시작 그랜트 &#39;HybridNet&#39;에 의해 지원됩니다. F. 바르보사는 CNR과 FAPESP 및 K. 황 중국의 전국 우수 박사 학위 논문 (PY2012004)의 저자와 중국 장학위원회에 대한 재단의 지원의 지원을 인정합니다. C. 파브르와 J. Laurat는 문화원 시테 드 프랑스의 구성원입니다.

1. 광 파라 메트릭 발진기 <ol><li> (향상된 기계적 안정성 및 감소 공동 내부 손실) 4 cm 길이 semimonolithic 선형 공동 구축. 입력 미러 직접 비선형 결정의 일면에 코팅된다. </li><li> 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. </li><li> 유형 II의 OPO 시스템 또는 유형-I OPO의 PPKTP 결정에 대한 KTP 크리스탈을 사용합니다. 그들의 위상 매칭 온도에서 결정 온도 안정화. </li><li> 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. </li><li> 펌프 및 캐비티 모드 간의 모드 정합을 달성한다. </li><li> 파운드 - Drever - 홀 기술에 의해 펌프의 공명에 대한 캐비티 길이를 잠급니다. 이러한 목적으로, 펌프 12 MHz의 전기 광학 변조를 적용하고, 광 아이솔레이터와 공동으로부터 백 반사 된 광을 검출한다. </li></ol> 2 조건부 준비 :. 예고 경로 필터링 <ol><li> 두 가지 모드로 OPO의 출력을 분리합니다. 다른 하나는 호모 다인 ​​검출 수단에 의해 검출 될 것이다 예고 상태에있는 동안 하나는, 예고 모드에 대응한다. </li><li> 단일 광자 검출기를 향해 예고 모드를 안내합니다. 특히, 유형 II의 OPO를 들어, 편광 빔 스플리터 (PBS)에 의해 직교 신호 및 아이들러 모드를 구분합니다. 타입 I-OPO 들어 의해 압착 된 진공의 작은 부분 (3 %)을 아웃 탭빔 스플리터 (BS). </li><li> OPO 캐비티에 의한 주파수 비축 퇴성 모드를 제거 예고 모드 필터. OPO의 경우, 출력은 참으로 많은 페어 상관 관계가 있지만, 스펙트럼 분리 모드, ω를 포함 0 + nΔ ω와 ω n은 정수 0-nΔ ω. 캐리어 주파수에서 예고 상태를 생성하기 위해서는 이러한 비축 퇴성 모드 모두를 필터링 할 필요가있다. <ol><li> 0.5 nm의 대역폭 우선의 간섭 필터를 사용합니다. </li><li> 330 기가 헤르쯔의 자유 스펙트럼 범위 및 300 메가 헤르츠 (1,000 약 0.4 mm와 기교 정도 길이)의 대역폭을 만든 선형 페 브리 - 페로 공동을 추가합니다. 캐비티 대역폭 OPO와의 간섭 필터의 주파수 창보다 크게 자유 스펙트럼 범위보다 크도록 선택된다. </li><li> 비축 퇴성 모드 중 적어도 전체적인 25dB 제거율을 달성한다. </li></ol></li><li> 필터링 파브리를 잠금디더와 잠금 기술에 의해 페롯 캐비티. <ol><li> 이를 위해, 광 스위치를 통해 후방으로 전파하는 보조 빔을 주사하고, 광 아이솔레이터에 의해 필터링 공동의 입구를 거부한다. 출력단에서 광을 검출한다. </li><li> 10 밀리 초 동안 공동 잠금과 보조 빔 떨어져 90 밀리 초에 대한 측정 기간 후에 시작합니다. </li></ol></li><li> 측정 기간 동안 단일 광자 검출기에 의해 필터링 된 예고 모드를 검출한다. 초전도 단일 광자 검출기 (SSPD는) 그렇지 않으면 조건부 국가의 충실도를 저하시킬 것이다 어두운 소음의 양 (몇 Hz에서)를 제한하는 데 사용됩니다. </li></ol> 호모 다인 ​​검출 3. 양자 상태 단층 촬영 <ol><li> 필드 특성화 50 / 50 빔 스플리터와 강한 연속파 국부 발진기 (LO, 6 MW)로 이루어지는 평형 호모 다인 ​​검출을 예고 상태를 검출은 간섭 가져, 높은 양자 EFF 쌍 아르iciency의 InGaAs 광 다이오드. </li><li> 검출을 정렬하기 위해, LO 모드와 1064 ㎚, 모드 매치이 모드에서 OPO 공동 내로 밝은 보조 빔을 주사. 화합에 가까운 프린지 가시성을 얻을 수 있습니다. 어떤 모드 불일치 차적으로 감지 손실로 변환합니다. </li><li> 호모 다인 ​​검출 특성을 확인합니다. 6 ㎿가 LO 파워로, 총 소​​음 한도 (SNL)는 50 MHz의 최대 평면이다. 그것은 낮은 분석 주파수 (MHz), 50 MHz의 주파수 분석 주파수에서 위 16dB의 전자 노이즈 위보다 20 dB입니다. 그것은 (10dB (20dB) 거리가 10 % (1 %) 효과가 손실로 변환) (24) 검출 손실로 변환으로이 거리는 중요한 매개 변수입니다. </li><li> 단일 광자 검출기에서 검출마다 이벤트를 들어, 100 나노초 동안 Gs의 5 / 초의 샘플링 속도 오실로스코프 호모 다인 ​​광전류를 기록한다. 측정하는 동안 PZT-마운트 미러 LO의 위상을 청소. </li><li> GI에 기록 된 각 세그먼트 필터각각의 성공적인 준비 조건부 상태의 단일 직교 값에 얻기 위해 시간 모드 기능을 벤. 저 이득에 대한 최적의 모드 기능은 OPO 대역폭의 인버스와 동일한 감쇠 상수 양면 지수 함수 25 부근이다. 최적의 모드는 자기 상관 함수 (26)의 고유 함수의 확장을 사용하여 발견 될 수있다. </li><li> 최대 우도 알고리즘 (27) 측정 (50,000 단층 촬영에 필요한) 및 후 처리 데이터를 축적. 이 절차는 예고 상태의 밀도 행렬 및 해당 위그 너 함수 8의 재구성을 가능하게합니다. </li></ol> 유형-II OPO 단일 광자 상태 4. 조건부 준비 <ol><li> 다 광자 쌍의 매우 낮은 확률이 훨씬 임계 값 (80 mW의 임계 값 여기에 1 MW) 아래의 유형-II OPO 펌프. </li></ol> 코 히어 런트 5. 조건부 준비타입-I OPO와 상태 중첩 <ol><li> 스펙트럼 분석기와 임계 값에 가까운 OPO에 의해 생성 된 압착 진공을 확인합니다. 측정 된 잡음 스펙트럼을도 3에 나타낸다. </li><li> 낮은 측 파대 주파수 (수 MHz)에서 압박의 약 3dB의 관찰을 가능하게하는 펌프 파워에 OPO를 운영하고 있습니다. </li><li> 호모 다인 ​​측정에서, 위상 정보는 CSS 상태와 같은 위상 종속 상태에 중요하다. 90 %의 듀티 사이클이 10 Hz에서 톱니 파도와 LO의 위상을 스캔 (측정 기간의 90 밀리 초 및 기간 잠금의 10 밀리 초에 해당.) 측정 기간 동안, 하나가 있는지 확인하기 위해 청소를 동기화 PZT에 장착 된 미러에 방향 청소. </li><li> 분산을 측정하고 측정 된 직교 위상을 유추 호모 다인 ​​신호를 사용한다. </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>
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<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>

저자는 더 경쟁 재정적 이익이 없다는 것을 선언합니다.

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 &#39;좋음&#39;OPO가 요구되는, 초기 리소스의 하나에 의존한다. &#39;좋은&#39;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. <p class="jo...

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 &gt; - |-α&gt;. 이러한 상태는 선형 광학 양자 계산 6 개의 광학 하이브리드 프로토콜 5,7까지 양자 정보 다양한 프로토콜의 구현을위한 중요한 자원이다. 중요한 것은, 메소드 P<html> 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 서명을 음의 값을 가질 수 있습니다. 단일 광자 또는 일관된 상태 겹쳐 적층은 참으로 비 가우시안 상태입니다. 그러한 상태들을 생성하기위한 효율적인 절차가 초기 가우시안 자원이 그러한 광자 카운팅 9,10,11,12,13 같은 소위 비 가우시안 측정과 결합 조건부 제조 기술로 알려져있다. 이 일반 체계, 확률하지만 예고는 그림 1a에 스케치한다. &quot;FO : 콘텐츠 너비 =&quot;5 인치 &quot;FO : SRC =&quot;/ files/ftp_upload/51224/51224fig1highres.jpg &quot;SRC =&quot;/ files/ftp_upload/51224/51224fig1.jpg &quot;/&gt; 도 1. (a) 조건부 제조 기술의 개념적 구조. (b) 직교 편광 광자 쌍 (타입-II의 OPO)에서 단일 광자 상태의 조건부 제제는 편광 빔 스플리터에서 분리 하였다. 압착 진공 상태에서 단일 광자를 감산함으로써 코 히어 런트 상태의 중첩 (c) 조건부 준비 (유형 I OPO). 양자 얽힘 상태의 하나의 모드를 측정함으로써, 다른 모드는이 측정에 초기 얽힌 자원 (12, 13)에 따라 달라집니다 상태로 예상된다. 상기 상태를 생성하는 데 필요한 필요한 자원 및 예고 검출기는 무엇입니까? 단일 광자 상태는 트윈 빔을 사용하여 생성 될 수 있고, 광선 즉 광자 개수에 상관. 단일 P의 검출하나의 모드에 HOTON는 다른 모드 9,10,14,15에 단일 광자의 생성을 예고한다. 주파수 퇴화 타입-II OPO 16,17,18,19은 참으로이 목적에 적합 소스입니다. 신호 및 아이들러 광자는 광자 수의 상관 관계 및 직교 편파로 방출된다. 도 1b에 도시 된 바와 같이 하나의 편광 모드를 단일 광자를 검출하는 것은, 단일 광자 상태로 다른 하나를 돌출. 일관성있는 상태 겹쳐 적층에 관하여, 그들은 11, 21 변환 다운 또는에 의해 타입-I은 22, 23를 오포 중 하나를 얻은 압착 진공 상태 (20)로부터 펄스 싱글 패스 (single-pass) 파라 메트릭하여 단일 광자를 차감하여 생성 할 수 있습니다. 감산은 비임 스플리터에 빛의 작은 부분을 태핑하고이 모드에서 단일 광자 (도 1C)를 검출함으로써 수행된다. 진공 압착 따라서 단일 광자 리드를 감산에도 광자 개수 상태의 중첩 인같은 작은 진폭의 두 일관된 상태의 선형 중첩으로 높은 충실도가 홀수 광자 수 상태의 중첩에. 이러한 이유로, 이름이 &#39;슈뢰딩거의 고양이&#39;가끔이 상태로 주어졌다. 이러한 상태를 생성하기위한 일반적인 절차는 이와 유사하지만, 일차 광원에 의해 다르다. 예고 경로 및 검출 기술의 필터링 OPO의 분류가 사용하는 어떤 동일하다. 방법 연속파 광 파라 메트릭 발진기에서이 두 비 가우시안 상태를 생성하는 방법과 고효율을 특징하는 프로토콜 세부 사항의 현재 시리즈.

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

연속파 광 파라 메트릭 발진기와 빛의 양자 상태 공학

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

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.

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 어...

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.

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

본 실험의 목적은 단일 광자 및 슈뢰딩거 고양이 상태(Schrodinger CAT states)로 알려진 결맞음 상태의 중첩을 포함하여, 높은 충실도로 이동 광학장의 비가우시안 상태를 생성하는 것입니다. 이는 비고전적 상관 빔을 주 광원으로 사용하여 달성됩니다. 두 번째 단계로, 하나의 빔에서 단일 광자를 검출함으로써 다른 빔을 예고된 조건부 양자 상태로 투영하게 됩니다.이는 초기 가우시안 리소스와 광자 계수와 같은 비가우시안 측정을 결합하는 조건부 준비 기술로 알려져 있습니다. 다음으로, 전체 양자 상태 토모그래피를 수행하기 위해 헤럴드 상태를 호모다인 검출로 측정합니다. 최종적으로, 두 개의 서로 다른 광 파라메트릭 발진기를 기반으로 한 고충실도 양자 상태 엔지니어링을 보여주는 결과가 도출됩니다.제시된 기술은 다양한 정보 프로토콜의 중요한 자원인 양자 상태의 생성을 가능하게 합니다. 특히, 광 파라메트릭 발진(optical parametric oscillation, OPO)에 기반한 본 절차를 통해 매우 낮은 혼합도의 진공 스퀴즈 상태(vacuum squeezed states)를 얻을 수 있으며, OPO 공동(cavity)으로 전송되는 잘 제어된 공간 모드로의 방출이 가능합니다. 이러한 특징은 해당 상태들이 다른 광학 자원과 간섭해야 하는 후속 프로토콜, 예를 들어 광학적 양자 게이트(optical gate) 구현이나 더 복잡한 설정에서 유용하게 활용될 수 있도록 합니다.설계 설정: 본 절차를 수행하기 위해, 기계적 안정성을 높이고 공동 내부 손실을 줄일 수 있도록 반단일 구조(semi monolithic)의 선형 공동을 구축합니다. 여기에는 KTP 결정과 비선형 결정의 한쪽 면에 직접 코팅된 입력 거울이 포함되며, 다른 쪽 면은 반사 방지 코팅 처리가 되어야 합니다. 입력 커플러는 532 nanometers의 펌프광에 대해 95%의 반사율을 가지며, 1064 nanometers의 신호광 및 아이들러광에 대해 고반사 특성을 갖도록 선택하십시오. 반대로 출력 커플러는 펌프광에 대해 고반사 특성을 가지며 투과성을 갖도록 선택하십시오.적외선 영역의 투과율 T는 10%입니다. 광파라메트릭 발진기(OPO)의 자유 스펙트럼 범위는 4.3 GHz이며 대역폭은 약 60 MHz입니다. 연속파 주파수 배가 Nd:YAG 레이저를 레이저 광원으로 사용하여 532 nm에서 OPO를 펌핑하고, 펌프 빔과 공동 모드 사이의 모드 매칭을 구현합니다.결정의 온도와 레이저 주파수를 조정하여 공동을 삼중 공진 상태로 만듭니다. 이를 위해 오실로스코프로 적외선과 녹색광의 투과 피크를 확인하십시오. 약한 적외선 또한 OPO 록(lock)으로 입사시킵니다.파운드 DRE 홀(pound DRE Hall) 기술을 이용한 펌프 공진 시의 OPO 공진기 길이 측정입니다. 이를 위해 펌프에 전기 광학 변조를 가하고, 편광 빔 분할기에 설치된 광 격리기를 통해 공진기에서 되돌아오는 반사광을 검출합니다. 신호파와 아이들러파 전계를 분리합니다.하나는 헤럴딩 모드에 해당하며, 다른 하나는 호모다인 검출(homodyne detection)에 의해 검출될 헤럴드 상태(heralded state)입니다. 헤럴딩 모드를 단일 광자 검출기로 안내하십시오. OPO 공동으로 인한 주파수 비퇴화 모드를 제거하기 위해 헤럴딩 모드를 필터링하십시오.먼저 0.5 nanometers 대역폭의 추론 필터를 사용합니다. 자유 스펙트럼 범위가 330 gigahertz이고 대역폭이 300 megahertz인 자체 제작 선형 Fabry Perot 공동을 추가합니다. 공동 대역폭은 OPO의 대역폭보다 크게, 자유 스펙트럼 범위는 추론 필터의 주파수 창보다 크게 설정합니다.비축퇴 모드(non degenerate modes)에 대해 최소 25 decibel의 전체 제거비를 달성하십시오. 본문 프로토콜에 상세히 기술된 대로 경로를 안정화한 후, 측정 기간 동안 단일 광자 검출기로 필터링된 헤럴딩 모드(heralding mode)를 검출하십시오. 암소음(dark noise)의 양을 제한하여 성능 저하를 방지하기 위해 초전도 단일 광자 검출기를 사용합니다.조건부 상태의 충실도. 특성화할 필드와 강한 연속파 국부 발진기를 간섭시키기 위한 50:50 빔 스플리터 및 한 쌍의 고양자 효율 인가스 광다이오드로 구성된 균형 잡힌 호모다인 검출기로 예고된 상태를 검출하십시오. 검출 장치를 정렬하기 위해 1064 nanometers의 밝은 보조 빔을 OPO 공동 및 모드에 주입하십시오.이를 로컬 오실레이터 모드와 일치시키십시오. 무늬 가시도(fringe visibility)를 1에 가깝게 구현하십시오. 모드 불일치가 발생하면 그 제곱에 비례하여 검출 손실로 이어집니다.로컬 오실레이터 전력을 6 mW로 설정하여 호모 검출 특성을 확인합니다. 샷 노이즈 한계는 50 MHz까지 평탄하게 유지됩니다. 이는 낮은 분석 주파수에서 전자 노이즈보다 20 dB 이상 높으며, 50 MHz의 분석 주파수에서는 16 dB 더 높습니다.이 거리는 검출 손실로 이어지므로 매우 중요한 파라미터입니다. 단일 광자 검출기의 모든 검출 이벤트에 대해, 5 GSa/s의 샘플링 속도를 가진 오실로스코프를 사용하여 100 ns 동안의 광전류를 기록하십시오.측정 중에 PZT가 장착된 거울을 사용하여 국소 발진기 위상을 스윕합니다. 기록된 각 세그먼트를 필터링한 후, 측정값을 누적하고 최대 가능도 알고리즘으로 데이터를 후처리합니다. 이 절차를 통해 전조 상태의 밀도 행렬과 그에 해당하는 Wagner 함수를 재구성할 수 있습니다.예고된 상태(heralded state)의 토모그래피 재구성은 손실 보정을 하지 않은 재구성된 밀도 행렬의 대각 요소와 그에 해당하는 Wagner 함수를 통해 시각화됩니다. 예고된 상태는 최대 78%에 달하는 단일 광자 성분을 나타냅니다. 전체 검출 손실을 고려하면, 이 상태는 단일 광자 상태와 91%의 충실도(fidelity)에 도달합니다. 다운 컨버전 과정에서 생성된 다중 광자 쌍으로 인해 발생하는 이광자 성분은 3%로 제한됩니다. 유사한 절차를 일종의 단일 모드 압축광인 타입 1 위상(type one appeal)에 적용할 수 있습니다.스퀴즈 진공 상태의 아주 작은 부분을 반사함으로써, 빔스플리터를 사용하여 단일 광자를 제거할 수 있으며, 이는 키튼 상태의 준비 과정에서 오류를 유발합니다. 다른 한편으로, 조건화 모드는 다른 실험에서 설명한 것과 동일한 주파수 필터링이 필요하며, 해당 상태는 동일한 방식으로 특성화됩니다. 여기서 제시된 조건부 준비 기술은 항상 초기 측면 소스와 헤딩 검출기에 의해 수행되는 측정 사이의 상호작용으로 이루어집니다.C 결정, OPO(광파라메트릭 발진기)의 단일성, 탈출 효율, 그리고 고부하 상태에서도 매우 낮은 암소음을 갖는 초전도 검출기 덕분에 이 두 구성 요소는 생성된 상태의 양자 특성에 강력한 영향을 미칩니다. 본 연구에서 제시하는 방법은 주로 검출 과정의 손실에 의해 제한되기는 하지만, 매우 높은 충실도로 비고전 상태를 안정적으로 생성할 수 있게 합니다. 레이저 작업은 매우 위험할 수 있으므로, 이 절차를 수행하는 동안에는 항상 레이저 보안경 착용과 같은 예방 조치를 취해야 함을 잊지 마십시오.

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