Name: Quantum State Engineering of Light met Continuous-wave optische parametrische oscillatoren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 23 s
Description: Verken quantumtoestandsengineering van licht met continue-golf optische parametrische oscillatoren. Deze methode genereert niet-Gaussische toestanden met hoge trouw voor quantuminformatietoepassingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk wordt ondersteund door de ERA-NET chist-ERA (project &#39;QScale&#39;) en door de ERC starting grant &#39;HybridNet&#39;. F. Barbosa erkent de steun van CNR en FAPESP, en K. Huang de steun van de Stichting van de Auteur van de Nationale Excellent Doctoral Dissertation van China (PY2012004) en de China Scholarship Council. C. Fabre en J. Laurat zijn lid van het Institut Universitaire de France.

1. Optische parametrische oscillator <ol><li> Bouw een 4 cm lang semimonolithic lineaire holte (voor verbeterde mechanische stabiliteit en verminderde intercavitale verliezen). De ingangsspiegel wordt direct aangebracht op een zijde van de niet-lineaire kristal. </li><li> Kies een ingang koppelaar reflectie 95% voor de pomp bij 532 nm en hoge reflectie van het signaal en rondsel bij 1.064 nm. Omgekeerd, kies de uitgangskoppelaar te sterk reflecterende voor de pomp en van de transmissie T = 10% voor het infrarood. Het vrije spectrale bereik van de OPO gelijk aan Δω = 4,3 GHz en de bandbreedte ongeveer 60 MHz. Maak de holte drievoudig resonante, dwz voor de pomp en voor het omlaag geconverteerde velden. </li><li> Gebruik een KTP kristal voor het type-II-OPO systeem of een PPKTP kristal voor het type-I OPO. Temperatuur-stabiliseren de kristallen in hun fase matching temperaturen. </li><li> Gebruik als laserbron een continuous-wave frequentie verdubbelde Nd: YAG laser. Pomp de OPO bij 532 nm en gebruik maken van de ininfraroodstralers licht na ruimtelijke filtering door een hoge-finesse holte (modus werkkracht), een lokale oscillator (LO) voor het homodyne detectie. </li><li> Het bereiken van de mode-matching tussen de pomp en de holte modus. </li><li> Blokkeer de holtelengte op de pomp resonantie door de Pound-Drever-Hall-techniek. Hiervoor gelden een 12 MHz elektro-optische modulatie aan de pomp detecteren licht terug-gereflecteerd door de holte met een optische isolator. </li></ol> 2 Voorwaardelijke Bereiding:. Het filteren van de Heralding Pad <ol><li> Scheid de OPO uitgang in twee modi. Een overeen met de afkondiging modus, terwijl de andere is de aangekondigde toestand die wordt gedetecteerd door de homodyne detectie. </li><li> Leid de verkondiging modus naar de single-foton detector. Specifiek voor het type II OPO, scheiden de orthogonale signaal en leegloper modi door een gepolariseerde bundel splitter (PBS). Voor het type-I OPO, kraan uit een klein deel (3%) van de uitgeperste vacuüm door eenbeam splitter (BS). </li><li> Filter de verkondiging modus om de frequentie niet-gedegenereerde modi als gevolg van de OPO holte verwijderen. Voor een OPO, de uitvoer bevat inderdaad veel paarsgewijze gecorreleerd maar spectraal gescheiden modi ω 0 + nΔ ω en ω 0-nΔ ω waarbij n een geheel getal. Een aangekondigde toestand genereren op de draaggolffrequentie, dient te filteren alle van deze niet-gedegenereerde modi. <ol><li> Gebruik eerst een interferentie filter met een bandbreedte van 0,5 nm. </li><li> Voeg een zelfgemaakte lineaire Fabry-Perot cavity met een gratis spectraal bereik van 330 GHz en een bandbreedte van 300 MHz (lengte ongeveer 0,4 mm en finesse rond 1000). De holte bandbreedte is groter gekozen dan die van de OPO en het vrije spectrale bereik groter is dan de frequentie raam van de interferentie filter zijn. </li><li> Bereiken algemeen ten minste 25 dB afwijzing van de niet-gedegenereerde modi. </li></ol></li><li> Vergrendel de filtering Fabry-Perot holte door de dithering-en-lock techniek. <ol><li> Daartoe injecteert een achterwaartse teeltmateriaal hulpbundel via een optische schakelaar en verwerpen de ingang van het filter holte door een optische isolator. Detecteren het licht aan de uitgang. </li><li> Vergrendelen de holte gedurende 10 msec en start na de meetperiode voor 90 msec met de extra-beam off. </li></ol></li><li> Detecteren de gefilterde verkondiging modus door een enkel-foton detector die in de meetperiode. Een supergeleidende enkel-foton-detector (SSPD) wordt gebruikt om de hoeveelheid van ruis (enkele Hz), die anders de betrouwbaarheid van de conditionele staat degraderen beperken. </li></ol> 3. Quantum State Tomografie door homodyne detectietechnieken <ol><li> Detecteer luidde staat met een evenwichtige homodyne detectie bestaat uit een 50/50 bundelsplitser waar het veld te karakteriseren en een sterke continue golf locale oscillator (LO, 6 mW) gebracht te grijpen, en een paar hoge quantum efficiency InGaAs fotodiodes. </li><li> Om de detectie te lijnen, te injecteren in de OPO holte een heldere hulpbundel bij 1064 nm en mode match deze functie met de LO functie. Het bereiken van een pony zicht dicht bij de eenheid. Elke modus mismatch kwadratisch vertaalt in detectie verliezen. </li><li> Controleer de homodyne detectie eigenschappen. Met een LO vermogen van 6 mW, het schot lawaai limiet (SNL) plat tot 50 MHz. Het is meer dan 20 dB boven het elektronische ruis bij lage analyse frequentie (MHz), 16 dB boven op de analyse frequentie van 50 MHz. Deze afstand is een kritieke parameter omdat het resulteert in verliezen in de detectie (10 dB (20 dB) afstand vertaalt in een 10% (1%) effectief verlies) 24. </li><li> Voor elke detectie gebeurtenis uit de single-foton detector, noteer de homodyne fotostroom met een oscilloscoop met een sampling rate van 5 Gs / sec gedurende 100 ns. Vegen de LO fase met een-PZT gemonteerde spiegel tijdens de meting. </li><li> Filter elk opgenomen segment met een given tijdelijke mode functie te verkrijgen bij elke succesvolle voorbereiding een kwadratuur waarde van de voorwaardelijke staat. De optimale modus functie voor lage winst is dicht bij een dubbelzijdige exponentiële functie 25 met een verval constante gelijk aan de inverse van de OPO bandbreedte. De optimale modus kan ook worden gevonden met behulp van een eigenfunctie uitbreiding van de autocorrelatiefunctie 26. </li><li> Verzamel metingen (50.000 zijn vereist voor de tomografie) en post-proces de gegevens met een maximum-likelihood-algoritme 27. Deze procedure maakt het mogelijk reconstructie van de dichtheid matrix van de aangekondigde staat en de bijbehorende Wigner functie 8. </li></ol> 4. Voorwaardelijke Voorbereiding van de Single Photon staat met een Type-II OPO <ol><li> Pomp van het type-II-OPO ver beneden niveau (1 mW hier voor een 80 mW drempel) tot een zeer lage kans op multiphoton paren hebben. </li></ol> 5. Voorwaardelijke Voorbereiding van CoherenteStaat Superposition met een Type-I OPO <ol><li> Controleer de uitgeperste vacuüm gegenereerd door de OPO dicht bij drempel met een spectrum analyzer. De gemeten geluid spectra zijn weergegeven in figuur 3. </li><li> Bedien de OPO bij een pomp vermogen waardoor observatie van ongeveer 3 dB van knijpen bij lage zijband frequenties (enkele MHz). </li><li> In de homodyne meting, de fase-informatie is belangrijk voor de fase-afhankelijke staten zoals de CSS staat. Scan de LO fase met een 10 Hz zaagtandgolf met een duty cycle van 90% (overeenkomend met de 90 msec van de meetperiode en 10 msec van locking periode.) Synchroniseer de sweep om ervoor te zorgen dat gedurende de meetperiode, is er een enkele een richting oprit van het PZT-gemonteerde spiegel. </li><li> Gebruik homodyne signaal naar de variantie meten en afleiden van de fase van de gemeten kwadratuur. </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>
<li>Bachor, H. -A., Ralph, T. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBachor%2C+H-A+%22A+guide+to+experiments+in+quantum+optics%22">A guide to experiments in quantum optics</a>. , Wiley VCH. (2004).</li>
<li>Reid, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Einstein-Podolsky-Rosen+paradox%3A+from+concepts+to+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Mod.+Phys%22%5BJournal%5D)">The Einstein-Podolsky-Rosen paradox: from concepts to applications.</a> Rev. Mod. Phys. 81, 1727-1751 (2009).</li>
<li>Van Loock, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+hybrid+approaches+to+quantum+information%5BTitle%5D)+AND+%22Laser+%26+Photonics+Review%22%5BJournal%5D)">Optical hybrid approaches to quantum information.</a> Laser & Photonics Review. 5, 167-200 (2011).</li>
<li>Knill, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+scheme+for+efficient+quantum+computation+with+linear+optics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A scheme for efficient quantum computation with linear optics.</a> Nature. 409, 46-52 (2001).</li>
<li>Ralph, T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+computation+with+optical+coherent+states%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Quantum computation with optical coherent states.</a> Phys. Rev. A. 68, 042319(2003).</li>
<li>Leonhardt, U. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLeonhardt%2C+U+%22Measuring+the+quantum+state+of+light%22">Measuring the quantum state of light</a>. , Cambridge University Press. Cambridge. (1997).</li>
<li>Hong, C. K., Mandel, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+realization+of+a+localized+one-photon+state%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Experimental realization of a localized one-photon state.</a> Phys. Rev. Lett. 56, 58-60 (1986).</li>
<li>Lvovsky, A. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+state+reconstruction+of+the+single-photon+Fock+state%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Quantum state reconstruction of the single-photon Fock state.</a> Phys. Rev. Lett. 87, (2001).</li>
<li>Ourjoumtsev, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generating+optical+Schr%C3%B6dinger+kittens+for+quantum+information+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Generating optical Schrödinger kittens for quantum information processing.</a> Science. 312, 83-86 (2006).</li>
<li>D'Auria, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+the+heralding+detector+properties+on+the+conditional+generation+of+single-photon+states%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+Phys.+Journ.+D%22%5BJournal%5D)">Effect of the heralding detector properties on the conditional generation of single-photon states.</a> Eur. Phys. Journ. D. 66, 249(2012).</li>
<li>D'Auria, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+decoherence+of+single-photon+counters%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Quantum decoherence of single-photon counters.</a> Phys. Rev. Lett. 107, (2011).</li>
<li>Huisman, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Instant+single-photon+Fock+state+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Instant single-photon Fock state tomography.</a> Opt. Lett. 34, 2739-2741 (2009).</li>
<li>Morin, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-fidelity+single-photon+source+based+on+a+Type+II+optical+parametric+oscillator%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">High-fidelity single-photon source based on a Type II optical parametric oscillator.</a> Opt. Lett. 37, 3738-3740 (2012).</li>
<li>Ou, Z. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Realization+of+the+Einstein-Podolski-Rosen+paradox+for+continuous+variables%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Realization of the Einstein-Podolski-Rosen paradox for continuous variables.</a> Phys. Rev. Lett. 68, 3663-3666 (1992).</li>
<li>Laurat, J., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLaurat%2C+J+%22Type-II+Optical+Parametric+Oscillator%3A+a+versatile+source+of+quantum+correlations+and+entanglement+in+Quantum+information+with+continuous-variables+of+atoms+and+light%22">Type-II Optical Parametric Oscillator: a versatile source of quantum correlations and entanglement in Quantum information with continuous-variables of atoms and light</a>. , Imperial College Press. (2005).</li>
<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>

De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.

De conditionele voorbereiding techniek hier wordt gepresenteerd is altijd een wisselwerking tussen de initiële bipartiete resource en de meting uitgevoerd door de verkondiging detector. Deze twee componenten sterk beïnvloeden de quantum eigenschappen van het gegenereerde staat. Ten eerste, de zuiverheid van de bereide staten sterk afhankelijk van de een van de eerste middelen, waarmee een &#39;goed&#39; OPO vereist. Wat is een &#39;goede&#39; OPO? Het is een apparaat voor de vluchtroute effi...

De mogelijkheid om de quantum toestand van het reizen optische velden ingenieur is een centrale eis voor quantum informatie wetenschap en technologie 1, met inbegrip van quantum communicatie, informatica en metrologie. Hier bespreken we de bereiding en karakterisering van een aantal specifieke quantummechanische toestanden gebruiken als primaire bron het licht dat door continuous-wave optische parametrische oscillatoren 3,4 onder de drempel bediend. Concreet zullen twee systemen worden beschouwd - een type II-fase afgestemd OPO en een type-I OPO - waardoor respectievelijk de betrouwbare generatie van aangekondigde single-fotonen en optische coherente staat superposities (CSS), dwz staten van het formulier | α &gt; - |-α&gt;. Deze staten zijn belangrijke middelen voor de uitvoering van een groot aantal quantum informatie protocollen, variërend van lineaire optische kwantumrekenen 6 tot optische hybride protocollen 5,7. Aanzienlijk, de methode p<html> hier kwalijk maakt het verkrijgen van een lage vermenging van vacuüm en de emissie in een goed gecontroleerde spatiotemporele modus. Algemeen kan kwantumtoestanden worden geclassificeerd als Gaussian staten en niet-normale toestanden volgens de vorm van de quasi-kansverdeling in faseruimte genoemd Wigner functie W (x, p) 8. Voor niet-normale toestanden, kan het Wigner functie negatieve waarden nemen, een sterke signatuur van niet-classicality. Single-foton of coherente toestand superposities zijn inderdaad niet-normale toestanden. Een efficiënte procedure voor het genereren van dergelijke toestanden is bekend als de voorwaardelijke bereidingstechniek, wanneer een eerste Gauss bron wordt gecombineerd met een zogenaamde niet-normale meting zoals de fotontellende 9,10,11,12,13. Deze algemene regeling, probabilistische maar aangekondigd, wordt geschetst op figuur 1a. &quot;Fo: content-width =&quot; 5in &quot;fo: src =&quot; / files/ftp_upload/51224/51224fig1highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51224/51224fig1.jpg &quot;/&gt; Figuur 1. (A) Conceptuele regeling van de voorwaardelijke voorbereiding techniek. (B) Voorwaardelijke voorbereiding van single-photon state van orthogonaal gepolariseerde fotonparen (type-II OPO) gescheiden op een polariserende beam splitter. (C) voorwaardelijke voorbereiding van een coherente superpositie toestand door het aftrekken van een enkel-foton uit een geperst vacuüm toestand (type-I OPO). Door het meten van een wijze van een bipartiete verstrengelde toestand, wordt de andere modus geprojecteerd in een staat die zal afhangen van deze meting en op de eerste verstrikt resource 12,13. Wat zijn de vereiste middelen en de verkondiging detector nodig is om de genoemde staten te genereren? Single-foton staten kan worden gegenereerd met behulp van twee stralen, dwz foton-nummer gecorreleerd balken. De detectie van een p-Hoton op een wijze luidt dan het genereren van een enkel-foton anderzijds modus 9,10,14,15. Een frequentie-gedegenereerde type II OPO 16,17,18,19 inderdaad een zeer geschikt bron daarvoor. Signaal en rondsel fotonen foton-nummer gecorreleerd en uitgestoten met orthogonale polarisaties. Detecteren een-foton op een polarisatie-modus projecteert de andere in een enkele-foton toestand, zoals getoond in figuur 1b. Wat coherente superpositie staat, kunnen ze worden gegenereerd door het aftrekken van een enkele-foton uit geperst vacuüm toestand 20 verkregen door gepulste single-pass parametrische neerwaartse conversie 11,21 of een type I OPO 22,23. Het aftrekken wordt uitgevoerd door een kleine fractie van het licht tikken op een bundelsplitser en het detecteren van een enkel-foton in deze stand (figuur 1c). Een geperst vacuüm is een superpositie van zelfs foton-nummer staten, dus aftrekken van een single-photon leadseen superpositie van oneven foton-nummer staten, die een high fidelity met een lineaire superpositie van twee coherente toestanden van gelijke en kleine amplitude heeft. Om deze reden heeft de naam &#39;Schrödinger kitten&#39; soms gegeven aan deze toestand. De algemene procedure voor het genereren van deze gebieden is dus vergelijkbaar, maar verschilt van de primaire lichtbron. Filtering van de verkondiging pad en detectietechnieken zijn hetzelfde, ongeacht de aard van de OPO gebruikt. De huidige reeks van protocollen detail hoe deze twee niet-normale staten genereren van continuous-wave optische parametrische oscillatoren en hoe ze te karakteriseren met een hoog rendement.

<table><tbody><tr><td>Pump laser</td><td>Innolight</td><td>Diabolo</td><td>Dubbele uitgang, IR en 532 nm</td></tr><tr><td>KTP en PPKTP kristal</td><td>Raicol</td><td></td><td>Beschikbaar bij andere leveranciers</td></tr><tr><td>Interferentiefilters</td><td>Barr associates</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hoge efficiëntie fotodioden</td><td>Fermionics</td><td></td><td>Quantum efficiëntie boven de 97%</td></tr><tr><td>Oscilloscoop&nbsp;</td><td>Lecroy</td><td>Wave runner 610 Zi</td><td>Gebruikt voor data acquisitie</td></tr><tr><td>Spectrum analyzer</td><td>Agilent</td><td>N9000A</td><td>Beschikbaar bij andere leveranciers</td></tr><tr><td>Faraday rotator</td><td>Qioptic</td><td>FR-1060-5SC</td><td>Beschikbaar bij andere leveranciers</td></tr><tr><td>PZT</td><td>PI</td><td>P-016.00H</td><td>Beschikbaar bij andere leveranciers</td></tr><tr><td>Supergeleidende enkele fotondetectoren</td><td>Scontel</td><td>SSPD</td><td>lage donkere tellen</td></tr><tr><td>Optische schakelaar</td><td>Thorlabs</td><td>OSW12-980E</td><td>Beschikbaar bij andere leveranciers</td></tr></tbody></table>

quantum state engineering of light met continuous-wave optische parametrische oscillatoren

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

Engineering van niet-klassieke toestanden van het elektromagnetisch veld is een centrale zoektocht naar quantumoptica 1,2. Naast hun fundamentele betekenis, dergelijke staten zijn inderdaad de middelen voor de uitvoering van diverse protocollen, variërend van verbeterde metrologie tot quantum communicatie en informatica. Verschillende apparaten kunnen worden gebruikt om niet-klassieke toestanden, zoals alleenstaande emitters, licht materiaal interfaces of niet-lineaire systemen 3 genereren. We richten ons hier op het gebruik van een continuous-wave optische parametrische oscillator 3,4. Dit systeem is gebaseerd op een niet-lineaire χ 2 kristal geplaatst in een optische holte en het is nu bekend als een zeer efficiënte bron van niet-klassieke licht, zoals single-modus of bimodale geperst vacuüm afhankelijk van het kristal phase matching. Geperst vacuüm is een Gauss staat als de kwadratuur distributies volgen een Gauss-statistiek. Er is echter aangetoond dat aantal protocollen vereisen niet GausSian stelt 5. Direct het genereren van dergelijke staten is een moeilijke taak en zou sterk χ 3 niet-lineariteiten vereisen. Een andere procedure, probabilistische maar aangekondigd, bestaat uit het gebruik van een-meting geïnduceerde niet-lineariteit via een voorwaardelijke voorbereiding techniek geopereerd Gauss staten. Hier hebben we detail deze generatie protocol voor twee niet-normale staten, de single-foton staat en een superpositie van coherente toestanden, met behulp van twee verschillend fasen afgestemd parametrische oscillatoren als primaire hulpbronnen. Deze techniek maakt het mogelijk bereiken van een high fidelity met de beoogde toestand en de generatie van de staat in een goed gecontroleerde spatiotemporele modus.

Voor het type-II-OPO en de generatie van high-fidelity single photon staat: De tomografische reconstructie van de aangekondigde toestand is weergegeven in figuur 2, waarbij de diagonale elementen van de gereconstrueerde dichtheidsmatrix en de bijbehorende Wigner functie weergegeven. Zonder enig verlies correcties, de aangekondigde staat vertoont een enkel-foton component zo hoog als 78%. Door rekening te houden de algemene detectie verlies (15%), de toestand bereikt een betrouwbaarheid van 91% me...

We beschrijven de betrouwbare generatie van niet-normale toestanden van reizen optische gebieden, waaronder single-photon staten en coherente staat superposities, met behulp van een voorwaardelijke bereidingswijze actief op de niet-klassieke uitgestraalde licht door optische parametrische oscillatoren. Type-I en type-II-fase afgestemd oscillatoren worden beschouwd en gemeenschappelijke procedures, zoals de vereiste frequentie filteren of de high-efficiency quantum state karakterisering door homodyning, zijn gedetailleerd.

Quantum State Engineering of Light met Continuous-wave optische parametrische oscillatoren

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

Het doel van dit experiment is om met hoge getrouwheid niet-Gaussische toestanden van voortbewegende optische velden te genereren, waaronder enkelvoudige fotonen en superposities van coherente toestanden, bekend als Schrödinger-KAT-toestanden. Dit wordt bereikt door niet-klassieke gecorreleerde stralen als primaire lichtbron te gebruiken. In een tweede stap wordt een enkel foton gedetecteerd in één straal, wat resulteert in het projecteren van de andere straal in een aangekondigde conditionele quantumtoestand.Dit staat bekend als de conditionele preparatietechniek, waarbij een initiële Gaussische bron wordt gecombineerd met een niet-Gaussische meting, zoals fotontelling. Vervolgens wordt de aangekondigde toestand gemeten via homodyne detectie om de volledige quantumtoestandtomografie uit te voeren. Uiteindelijk worden resultaten verkregen die getuigen van quantumtoestand-engineering met een hoge getrouwheid op basis van twee verschillende optische parametrische oscillatoren.De gepresenteerde techniek maakt de creatie mogelijk van quantumtoestanden die belangrijke hulpbronnen vormen voor diverse informatieprotocollen. Kenmerkend is dat een procedure gebaseerd op optische parametrisc

quantum-state-engineering-light-with-continuous-wave-optical

Research

JoVE Journal

Engineering

Techniek

De aangepaste technieken ontwikkeld in ons laboratorium om microgolf fotonica systemen te bouwen op basis van ultra-hoge Q fluisteren gallery mode resonatoren worden gepresenteerd. De protocollen voor deze resonatoren te verkrijgen en te karakteriseren zijn gedetailleerd, en een uitleg van een aantal van hun toepassingen in de magnetron fotonica wordt gegeven.

Magnetron Fotonica Systemen op basis van Whispering-gallery-mode resonatoren

Het artikel beschrijft een procedure optische gegevenspakketten winkel met willekeurige modulatie golflengte en gegevenssnelheid. Deze pakketten zijn de basis van de moderne telecommunicatie.

Quasi-licht opslag voor Optical gegevens pakketten

De gradiënt echo geheugen is een protocol voor het opslaan van optische quantum toestanden van licht in atomaire ensembles. Quantum geheugen is een belangrijk element van een quantum repeater, die het bereik van de quantum key distribution kan uitbreiden. Schetsen we de werking van de regeling wanneer geïmplementeerd in een 3-niveau atomaire ensemble.

Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor

Parametrische optomechanische excitaties zijn onlangs experimenteel aangetoond in microfluïdische optomechanische resonatoren door middel van optische stralingsdruk en gestimuleerde Brillouin-verstrooiing. Dit artikel beschrijft de fabricage van deze microfluïdische resonatoren samen met methodologieën voor het genereren en verifiëren van optomechanische oscillaties.

Fabricage en testen van Microfluidic Optomechanische oscillators

We presenteren een protocol voor het creëren van een realtime film van een moleculair rotatiegolfpakket met behulp van een hoogwaardige Coulomb-explosie-beeldvormingsopstelling.

Direct Imaging van Laser-driven Ultrasnelle Moleculaire Rotation

Silicon fotonische chips hebben het potentieel om complexe geïntegreerde quantum systemen te realiseren. Hier voorgesteld is een werkwijze voor het bereiden en testen van een silicium chip voor fotonische quantum metingen.

Meting van Quantum Interference in een Silicon Ring Resonator Photon Source

Een protocol wordt gepresenteerd voor de praktische generatie en coherente manipulatie van hoge-dimensionale frequentie-bin verstrikt foton toestanden met behulp van geïntegreerde micro-holten en standaard telecommunicatie onderdelen, respectievelijk.

Generatie en coherente controle van gepulste Quantum frequentie kammen

We beschrijven een optisch systeem voor het genereren van onvoorwaardelijke polarisatie-verstrikt fotonen op basis van meerdere kwantum interferentie-effecten met een detectie schema om de experimentele betrouwbaarheid van gegenereerde verstrikt fotonen te schatten.

Een fotonisch systeem voor het opwekken van onvoorwaardelijke polarisatie-verstrikt fotonen op basis van meervoudige kwantum interferentie

Een methode wordt gepresenteerd voor het bouwen van een aangepaste lage kosten, modus-vergrendelde femtosecondelaser Fiber laser voor potentiële toepassingen in multiphoton microscopie, endoscopie, en photomedicine. Deze laser is gebouwd met behulp van commercieel verkrijgbare onderdelen en elementaire splicing technieken.

Goedkope Custom fabricage en modus-vergrendelde werking van een all-Normal-dispersie Femtosecond Fiber laser voor Multiphoton microscopie

Hier beschrijven we de werking van een SiN geïntegreerd fotonisch circuit met optische gefaseerde arrays. De circuits worden gebruikt om lage divergentie laserstralen uit te zenden in de buurt infrarood en sturen ze in twee dimensies.

Karakterisering van SiN Integrated Optical Phased Arrays op een wafer-scale teststation

Verken quantumtoestandsengineering van licht met continue-golf optische parametrische oscillatoren. Deze methode genereert niet-Gaussische toestanden met hoge trouw voor quantuminformatietoepassingen.

Quantum State Engineering of Light met Continuous-wave optische parametrische oscillatoren

Meer video's verkennen