Name: 생성 및 펄스 양자 주파수 빗의 일관 된 제어 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-08T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 42 s
Description: 학습하세요 펄스 양자 주파수 빗 생성 및 일관된 제어 방법을 통해 얽힌 광자 상태를 조작하는 기술입니다. 통신 구성 요소를 활용하여 양자 정보 처리와 양자 통신 연구에 활용할 수 있습니다.

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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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</ol>

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...

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 <img alt="Equation 01" src="/files/ftp_upload/57517/57517eq01v3.jpg"> coherently 흥분 동일한 소스와 빔 스플리터5 의 정교한 회로 (어디 <img alt="Equation 01" src="/files/ftp_upload/57517/57517eq01v3.jpg"> 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
<img alt="Equation 02" src="/files/ftp_upload/57517/57517eq02v3.jpg">
여기, <img alt="Equation 03" src="/files/ftp_upload/57517/57517eq03v3.jpg"> 및 <img alt="Equation 04" src="/files/ftp_upload/57517/57517eq04v3.jpg"> 단일 주파수 모드 들러 고 신호 구성 요소, 각각, 그리고 <img alt="Equation 05" src="/files/ftp_upload/57517/57517eq05v3.jpg"> 에 대 한 확률 진폭은는 <img alt="Equation 06" src="/files/ftp_upload/57517/57517eq06v3.jpg"> </img>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.

<table><tbody><tr><td>초전도 나노와이어 단일광자 검출기 시스템</td><td>Quantum Opus</td><td>Opus One</td><td></td></tr><tr><td>전기광학 위상 변조기</td><td>EO-Space</td><td>저손실 모델</td><td></td></tr><tr><td>프로그래밍 가능한 필터</td><td>Finisar&nbsp;</td><td>WaveShaper 4000s</td><td></td></tr><tr><td>타이밍 전자</td><td>PicoQuant</td><td>HydraHarp 400</td><td></td></tr><tr><td>마이크로 링 공진기</td><td></td><td></td><td>200GHz FSR 마이크로 링 공진기는 고굴절률 유리로 제작되었습니다. 플랫폼에 대한 자세한 내용은 24를 참조하세요.</td></tr><tr><td>에르븀 도핑된 섬유 증폭기</td><td>Keopsys</td><td>PEFA-SP-C-PM-27-B202-FA-FA</td><td></td></tr><tr><td>전기 광학 진폭 변조기</td><td>Oclaro&nbsp;</td><td>SD40</td><td></td></tr><tr><td>RF 톤 소스</td><td>로데 & Schwarz</td><td>SMP 04</td><td></td></tr><tr><td>RF 톤 증폭기</td><td>RF-Lambda</td><td>RFLUPA27G34GA</td><td></td></tr><tr><td>함수 발생기</td><td>Tetronix</td><td>AFG 3251</td><td></td></tr><tr><td>절연체</td><td>일반 포토닉스</td><td>NISO-S-15-SS-FC/APF</td><td></td></tr><tr><td>오실로스코프</td><td>Tetronix&nbsp;</td><td></td><td></td>TDS5052B</tr><tr><td>포토다이오드</td><td>Finisar</td><td>XPDV 50GHz</td><td></td></tr><tr><td>DWDM</td><td>OptiWorks</td><td>DWFUQUMD08BN</td><td></td></tr><tr><td>전원 공급 장치</td><td>Madell</td><td>CA18303D</td><td></td></tr></tbody></table>

생성 및 펄스 양자 주파수 빗의 일관 된 제어

Generation and Coherent Control of Pulsed Quantum Frequency Combs

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.

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 <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/57517/575...

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.

We present a method for the generation and coherent manipulation of pulsed quantum frequency combs. Until now, methods of preparing high-dimensional ...

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

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

Pulsed Quantum Frequency Combs의 생성 및 일관성 제어

매우 높은 Q의 속삭이는 갤러리 모드 공진기를 기반으로 전자 포토닉스 시스템을 구축하기 위해 실험실에서 개발 한 사용자 정의 방법이 제시되어 있습니다. 이러한 공진기를 얻고 특성화 프로토콜을 자세히 설명하고, 전자 포토닉스의 응용 프로그램을 일부 설명이 제공됩니다.

마이크로 웨이브 포토닉스 시스템 속삭이는 - 갤러리 모드 공진기를 기반으로

문서는 임의의 변조, 파장, 및 데이터 레이트와 광 데이터 패킷을 저장하는 절차를 설명한다. 이러한 패킷은 현대 통신의 기초가된다.

광학 데이터 패킷을 준 광 저장

구배 에코 메모리 원자 앙상블 광의 광학 양자 상태를 저장하기위한 프로토콜이다. 양자 메모리는 양자 키 분배의 범위를 확장 할 수있는 양자 중계기의 핵심 요소이다. 3 - 레벨 원자 앙상블에서 구현 될 때 우리 방식의 동작 개요.

온난 한 원자 증기의 그라데이션 에코 양자 메모리

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.

연속파 광 파라 메트릭 발진기와 빛의 양자 상태 공학

고해상도 쿨롱 폭발 이미징 설정을 사용하여 분자 회전파 패킷의 실시간 동영상을 만들기 위한 프로토콜을 제시합니다.

레이저 기반 초고속 분자 회전의 직접 이미징

실리콘 광자 칩은 복잡한 통합 양자 시스템을 실현할 수있는 잠재력을 가지고있다. 제조 양자 측정을위한 광 실리콘 칩을 테스트하기위한 방법에 여기에 제시 하였다.

실리콘 링 공진기 광자 소스에서 양자 간섭 측정

Yb : YAG 박막 디스크 재생 증폭기를 기반으로하는 고 에너지, 고출력 광 파라 메트릭 처프 펄스 증폭기 펌프 소스의 작동을위한 프로토콜이 여기에 제시됩니다.

20 mJ, 1 ps Yb : YAG Thin-disk 재생 앰프

우리는 생성된 얽힌 광자의 실험 적 충실도를 추정하기 위한 검출 방식과 함께 여러 양자 간섭 효과를 기반으로 무조건 편광 얽힌 광자의 생성을 위한 광학 시스템을 설명합니다.

다중 양자 간섭을 기반으로 무조건 편광 얽힌 광자를 생성하기 위한 포토닉 시스템

다광자 현미경, 내시경 검사 및 광의학에서 잠재적 인 응용 분야에 대한 사용자 정의 저비용, 모드 잠금 펨토초 섬유 레이저를 구축하는 방법이 제시된다. 이 레이저는 시판되는 부품과 기본 접합 기술을 사용하여 제작되었습니다.

다광자 현미경을 위한 저비용 맞춤형 제작 및 모드 잠금 작동 의 모든 정상 분산 펨토초 섬유 레이저

여기서, 열 조정 방법을 사용하여 나비 포장 마이크로 링 공진기에서 솔리톤 결정을 생성하는 프로토콜을 제시합니다. 또한, 단일 공석을 갖는 솔리톤 결정의 반복속도 변동은 지연된 자가이테로다인 방법을 사용하여 측정된다.

마이크로레소네이터에서 솔리톤 크리스탈의 신속한 반복 속도 변동 측정

학습하세요 펄스 양자 주파수 빗 생성 및 일관된 제어 방법을 통해 얽힌 광자 상태를 조작하는 기술입니다. 통신 구성 요소를 활용하여 양자 정보 처리와 양자 통신 연구에 활용할 수 있습니다.

생성 및 펄스 양자 주파수 빗의 일관 된 제어

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