생성 및 펄스 양자 주파수 빗의 일관 된 제어

이 프로토콜의 전반적인 목표는 양자 정보 처리에 사용될 수 있는 펄스 양자 주파수 빗을 생성하고 일관되게 제어하는 것입니다. 이 방법은 양자 역학에 대한 근본적인 연구와 양자 통신 및 정보 처리와 같은 비고전적 기술을 실현하기 위한 도구를 제공하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 잘 정립된 통신 구성 요소 및 프로토콜을 사용하여 재구성 가능하고 확장 가능한 방식으로 복잡한 광학 양자 상태를 생성하고 제어하는 것입니다.

통신 처리 전문가인 동료 Jose Azana와 이야기할 때 이 아이디어를 얻었고, 이러한 도구를 양자 물체의 세계로 이전할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 광학 테이블에 시스템의 구성 요소를 설정합니다. 시스템에는 생성, 제어 및 처리를 위한 단계가 있습니다.

이 묘사는 개요를 제공합니다. 모든 요소는 광섬유를 유지하는 편광으로 연결됩니다. 지금은 세대 단계에 집중합니다.

이 스테이지는 더 큰 외부 캐비티에 내장된 온칩 마이크로 링 공진기를 특징으로 합니다. 외부 캐비티는 신호 발생기, 아이솔레이터 및 광학 이득을 제공하는 에르븀 도핑 광섬유 증폭기에 의해 구동되는 전기 광학 진폭 변조기로 만들어집니다. 단일 마이크로 캐비티 공진을 선택하는 통과 대역이 있는 좁은 필터와 생성된 광자를 제어 섹션으로 라우팅하는 노치 필터가 있습니다.

캐비티가 분리된 상태에서 에르븀 도핑된 광섬유 증폭기를 시작합니다. 진폭 변조기 뒤에 광 파워 미터를 사용하여 전송된 전력을 측정합니다. 변조기에서 전원 공급 장치를 사용하여 전송된 전력을 갖도록 DC 오프셋을 적용합니다.

캐비티를 다시 연결하고 빠른 포토 다이오드를 다른 링 포트에 삽입합니다. 오실로스코프를 사용하여 시간 영역에서 신호를 관찰합니다. 변조기를 활성화하지 않으면 출력은 저품질 펄스 트레인으로 불안정한 펄스 작동을 표시합니다.

진폭 변조기로 돌아가서 함수 발생기를 연결합니다. 발생기의 출력 주파수를 대략적인 외부 캐비티 모드 간격의 배수로 설정합니다. 사각형 또는 사인 파형을 선택하고 함수 생성기를 켭니다.

함수 발생기 주파수와 DC 오프셋을 조정하여 오실로스코프의 펄스 트레인을 최적화하고 안정화합니다. 게인을 수동으로 조정하여 펄스 강도를 설정합니다. 링 공진기 내부의 비선형 4파 혼합 공정은 이제 신호 및 아이들러 광자 쌍을 생성하여 외부 캐비티를 노치 필터에 남겨둡니다.

함수 발생기의 동기화 신호를 타이밍 전자 장치에 연결합니다. 이 펄스 양자 주파수 빗의 생성 속도는 변조기를 외부 캐비티 주파수 간격의 더 높은 고조파로 구동하여 고조파 모드 잠금 기계에 진입함으로써 증가 할 수 있습니다. 그런 다음 펄스당 동일한 전력을 보장하기 위해 증폭기 이득도 증가해야 합니다.

생성 단계에서 노치 필터 후 얽힌 광자는 제어 단계로 들어갑니다. 거기에서 순서대로 프로그래밍 가능한 필터, 위상 변조기 및 두 번째 프로그래밍 가능한 필터를 만나게 됩니다. 먼저 필터를 프로그래밍합니다.

원하는 주파수 모드 채널의 진폭을 설정하고 나머지는 감쇠합니다. 마찬가지로 원하는 위상 마스크를 결정합니다. 각 필터에 대해 이 작업을 수행합니다.

이 이미지는 우연의 일치 측정을 위한 진폭과 위상을 나타냅니다. 위상 변조기를 준비하려면 신호 발생기를 RF 증폭기에 저손실 케이블로 연결하십시오. 그런 다음 RF 증폭기를 위상 변조기에 연결합니다.

모든 RF 끝이 연결되고 종단되면 증폭기를 바이어스합니다. RF 신호 발생기를 설정하여 원하는 주파수 모드와 겹치는 측파대를 생성한 다음 켭니다. 테스트로 위상 변조기를 통해 연속파 레이저 빔을 보내도록 시스템을 설정합니다.

광 스펙트럼 분석기를 사용하여 입력 스펙트럼이 실험에 의도된 변조에 해당하는 출력 스펙트럼을 생성하는지 확인합니다. 계속하려면 위상 변조기를 프로그래밍 가능한 필터에 연결하십시오. 위상 변조 패턴을 설정할 때 선택한 작동에 대해 대상 주파수 측파대를 생성할 패턴을 결정하는 것이 중요합니다.

이것은 사용된 양자 상태의 차원과 미시공진 간격에 따라 달라집니다. 생성 단계의 광자 쌍은 제어 단계로 들어갑니다. 첫 번째 필터는 프로그래밍된 진폭과 위상을 설정합니다.

다음으로, 위상 변조기는 필요한 주파수 측파대를 생성합니다. 두 번째 필터는 신호 및 아이들러 쌍을 선택합니다. 처리 단계에 대한 입력에서 얽힌 광자를 조밀한 파장 분할 다중화기로 분리합니다.

거기에서 그들은 각각 단일 광자 검출기로 이동합니다. 우연의 일치 측정을 위해 설정된 타이밍 전자 장치를 사용하여 각 광자의 도착 시간을 기록합니다. 이 설정을 통해 광자 상태를 일관되게 제어할 수 있습니다.

여기서 주파수 측파대는 위상 변조를 통해 생성됩니다. 측파대 간격과 진폭은 변조 신호에 의해 결정됩니다. 광자 상태의 일관된 제어는 양자 상태 단층 촬영에 사용할 수 있습니다.

이것은 각 광자에 대해 3의 차원을 가진 2개의 광자 시스템에 대한 상태 밀도 매트릭스의 재구성 예입니다. 측정된 상태와 최대 얽힌 상태 사이의 충실도는 약 81%입니다.펄스 고반복률 생성 기술은 마이크로 링 공진기에 국한되지 않으며 광자 결정 도파관, 마이크로 디스크 및 2차 비선형 캐비티와 같은 다른 광학 캐비티에 채택될 수 있습니다. 이 플랫폼은 개발을 통해 확립된 통신 기술과 양자 기술을 결합하여 멀티플렉스 채널을 통한 고속 보안 통신 또는 고차원 양자 연산과 같은 잠재적 응용 분야에 대한 잠재적 응용 프로그램을 향합니다.