Inżynieria stanu kwantowego światła za pomocą optycznych oscylatorów parametrycznych o fali ciągłej

Celem tego eksperymentu jest wygenerowanie niegaussowskich stanów poruszających się pól optycznych z wysoką wiernością, w tym pojedynczych fotonów i superpozycji stanu koherentnego, znanych jako stany CAT Schrödingera. Osiąga się to poprzez zastosowanie nieklasycznych skorelowanych wiązek jako podstawowego źródła światła. W drugim kroku wykrywany jest pojedynczy foton na jednej wiązce, co skutkuje projekcją drugiej wiązki w zwiastowanym warunkowym stanie kwantowym.

Jest to znane jako technika przygotowania warunkowego, w której początkowy zasób Gaussa jest łączony z pomiarem niegaussowskim, takim jak zliczanie fotonów. Następnie stan zwiastany jest mierzony za pomocą detekcji homo dyny w celu wykonania pełnej tomografii stanu kwantowego. Ostatecznie uzyskuje się wyniki, które pokazują inżynierię stanu kwantowego o wysokiej wierności opartą na dwóch różnych optycznych oscylatorach parametrycznych.

Przedstawiona technika umożliwia donację stanów kwantowych, które są ważnymi zasobami dla różnych protokołów informacyjnych. Co istotne, procedura oparta na optycznym parametrycznym stanie lub oio umożliwia uzyskanie bardzo niskiej i mieszaniny stanów próżni ID 80 i emisji do dobrze kontrolowanej specjalnej formy wysyłanej do wnęki oio. Ta funkcja ułatwia wykorzystanie tych statystyk w kolejnych protokołach, w których mogą one wymagać zakłóceń z innymi zasobami optycznymi, na przykład w implementacjach optycznych GA lub w bardziej złożonej treści.

Aby wykonać tę procedurę, zbuduj półmonolityczną wnękę liniową w celu poprawy stabilności mechanicznej i zmniejszenia strat we wnęce wewnętrznej, dołączając kryształ KTP i lustro wejściowe, które jest bezpośrednio pokryte na jednej stronie kryształu nieliniowego, podczas gdy druga strona jest pokryta powłoką antyrefleksyjną. Wybierz odbicie sprzęgła wejściowego 95% dla pompy przy 532 nanometrach i wysokie odbicie dla sygnału i koła dociskowego przy 1064 nanometrach. Odwrotnie, wybierz łącznik wyjściowy, aby był wysoce odblaskowy dla pompy i miał transmitancję.

T równa się 10% dla podczerwieni. Swobodny zakres spektralny optycznego oscylatora parametrycznego jest równy 4,3 gigaherca, a szerokość pasma wynosi około 60 megaherców. Użyj lasera neodymowego YAG o podwójnej częstotliwości fali ciągłej jako źródła lasera, pompuj OPO przy 532 nanometrach a, osiągnij dopasowanie trybu między pompą a trybem wnęki.

Spraw, aby wnęka trzykrotnie rezonansowała, dostosowując temperaturę kryształu i częstotliwość lasera. W tym celu sprawdź szczyty transmisji dla podczerwieni i zielonego światła na lunecie. Słabe światło podczerwone jest również wstrzykiwane do zamka OPO.

Długość wnęki OPO na rezonansie pompy za pomocą techniki funta DRE Halla. W tym celu należy zastosować modulację elektrooptyczną do pompy i wykryć światło odbite od wnęki za pomocą izolatora optycznego na rozdzielaczu wiązki polaryzacyjnej. Oddziel pola sygnału i koła pasowego.

Jeden odpowiada trybowi zwiastowania, podczas gdy drugi jest stanem zwiastowanym, który zostanie wykryty przez detekcję homo dyne. Skieruj tryb zwiastowania w kierunku detektora pojedynczych fotonów. Przefiltruj tryb zwiastuna, aby usunąć tryby niezdegenerowane częstotliwości z powodu wnęki OPO.

Najpierw użyj filtra inferencyjnego o szerokości pasma 0,5 nanometra. Dodaj domową liniową wnękę Fabry'ego Perota o swobodnym zakresie spektralnym 330 gigaherców i szerokości pasma 300 megaherców. Szerokość pasma wnęki jest wybierana tak, aby była większa niż szerokość OPO, a swobodny zakres widmowy był większy niż okno częstotliwości filtra inferencyjnego.

Osiągnij ogólne odrzucenie trybów niezdegenerowanych o co najmniej 25 decybeli. Po ustabilizowaniu ścieżki zgodnie z opisem w protokole tekstowym, wykryj filtrowany tryb zwiastowania przez pojedynczy detektor fotonów w okresie pomiaru. Nadprzewodzący detektor pojedynczych fotonów służy do ograniczania ilości ciemnego szumu, który w przeciwnym razie uległby degradacji.

Wierność stanu warunkowego. Wykryj stan zwiastowany za pomocą zrównoważonej detekcji homo dine składającej się z rozdzielacza wiązki 50 50, w którym pole do scharakteryzowania i silny lokalny oscylator fali ciągłej są doprowadzane do interferencji, a także para o wysokiej wydajności kwantowej w fotodiodach gazowych. Aby dostosować detekcję, wstrzyknij jasną wiązkę pomocniczą o długości fali 1064 nanometrów do wnęki i trybu OPO.

Dopasuj to do trybu oscylatora lokalnego. Osiągnij widoczność na obrzeżach bliską jedności. Każde kwadratowe niedopasowanie modów przekłada się na straty detekcji.

Sprawdź właściwości detekcji homo za pomocą lokalnego oscylatora o mocy sześciu miliwatów. Limit hałasu strzału jest płaski do 50 megaherców. Jest to ponad 20 decybeli powyżej szumu elektronicznego przy niskiej częstotliwości analizy i 16 decybeli powyżej przy częstotliwości analizy 50 megaherców.

Odległość ta jest parametrem krytycznym, ponieważ przekłada się na straty w wykrywaniu. Dla każdego zdarzenia detekcji z detektora pojedynczych fotonów rejestruj prąd fotograficzny ho moddy za pomocą oscyloskopu z częstotliwością próbkowania pięciu giga próbek na sekundę. W ciągu 100 nanosekund.

Przemiatanie lokalnej fazy oscylatora za pomocą lustra zamontowanego na PZT podczas pomiaru. Po przefiltrowaniu każdego zarejestrowanego segmentu gromadź pomiary i przetwarzaj dane za pomocą algorytmu maksymalnego prawdopodobieństwa. Procedura ta umożliwia rekonstrukcję macierzy gęstości stanu zwiastowanego i odpowiadającej jej funkcji Wagnera.

Tomograficzna rekonstrukcja stanu zwiastowanego jest wizualizowana za pomocą ukośnych elementów zrekonstruowanej macierzy gęstości i odpowiadającej jej funkcji Wagnera bez żadnych poprawek strat. Stan zwiastowany wykazuje pojedynczy składnik fotonowy na poziomie 78%Biorąc pod uwagę ogólne straty wykrywania, stan osiąga wierność 91% ze stanem pojedynczego fotonu. Składowa dwufotonowa, która powstaje w wyniku par wielu fotonów utworzonych w procesie konwersji w dół, jest ograniczona do 3%Podobną procedurę można zastosować w przypadku odwołania typu pierwszego, które jest rodzajem światła ściskanego w jednym trybie.

Odzwierciedlając niewielki ułamek stanów próżni ściskania. Za pomocą rozdzielacza wiązki można odjąć pojedynczy foton, co powoduje błędy w przygotowaniu kociaka. W drugim trybie tryb kondycjonowania wymaga takiego samego filtrowania częstotliwości, jak wyjaśniono W innych eksperymentach strzałka, która stwierdza, jest scharakteryzowana w ten sam sposób Przedstawiona tutaj technika przygotowania warunkowego polega zawsze na wzajemnym oddziaływaniu między początkowym źródłem bocznym a pomiarem wykonanym przez detektor obciążenia.

Te dwa składniki silnie wpływają na właściwości kwantowe generowanego stanu ze względu na kryształy C, jedność, ucieczkę, wydajność OPO i bardzo niski szum kaczki naszego detektora nadprzewodzącego przy dużym obciążeniu. Przedstawiona tutaj metoda umożliwia niezawodne generowanie stanów nongo o bardzo wysokiej wierności, ograniczonej głównie stratami w detekcji. Nie zapominaj, że praca z laserami może być niezwykle niebezpieczna, a podczas wykonywania tej procedury należy zawsze zachować środki ostrożności, takie jak noszenie laserowych okularów ochronnych.