Quantum Estadual de Engenharia de Luz com onda contínua Optical Parametric osciladores

Resumo

Nós descrevemos a geração confiável de estados não-gaussianos de viajar campos ópticos, incluindo estados de fóton único e superposições estaduais coerentes, utilizando um método de preparação condicional explorados a luz não-clássica emitida por osciladores paramétricos ópticos. Osciladores combinado de fase tipo I e tipo II são considerados e procedimentos comuns, como a filtragem necessária frequência ou de alta eficiência caracterização estado quântico por homodyning, são detalhados.

Resumo

Engenharia estados não-clássicos do campo eletromagnético é uma busca central de óptica quântica ^1,2. Além de seu significado fundamental, esses estados são realmente os recursos para a implementação de vários protocolos, que vão desde reforçada metrologia para comunicação quântica e computação. Uma variedade de dispositivos podem ser utilizados para gerar os estados não clássicos, tais como emissores individuais, interfaces de matéria leve ou sistemas não lineares ^3. Nós nos focamos em o uso de uma onda contínua oscilador paramétrico óptico ^3,4. Este sistema baseia-se num cristal de ² χ não linear inserido no interior de uma cavidade óptica, e é agora conhecida como uma fonte muito eficaz de luz não clássico, tal como de modo único ou de dois modos vácuo espremido, dependendo do cristal casamento de fase.
Vácuo espremido é um estado de Gauss como suas distribuições quadratura seguir estatísticas de Gauss. No entanto, demonstrou-se que o número de protocolos exigem não GausSian afirma ^5. Gerando diretamente tais estados é uma tarefa difícil e exigiria forte χ ³ não-linearidades. Um outro procedimento, mas probabilística anunciada, consiste na utilização de um não-linearidade induzida por medição através de uma técnica de preparação condicional operado em estados de Gauss. Aqui, detalhe protocolo esta geração para dois estados não-Gauss, o estado de fóton único e uma superposição de estados coerentes, utilizando dois osciladores paramétricos diferente combinado de fase como recursos primários. Esta técnica permite a realização de uma alta fidelidade com o estado alvo e geração do estado em um modo de espaço-temporal bem controlada.

Introdução

A capacidade de projetar o estado quântico de viajar campos ópticos é um requisito central para a ciência da informação quântica e tecnologia ^1, incluindo a comunicação quântica, computação e metrologia. Aqui, vamos discutir a preparação e caracterização de alguns estados quânticos específicos usando como principal recurso a luz emitida por onda contínua osciladores paramétricos ópticos ^3,4 operados abaixo do limiar. Especificamente, dois sistemas será considerado - uma OPO pareados por fase tipo II e tipo I OPO - permitindo, respectivamente, a geração confiável de anunciavam-fótons individuais e de superposições ópticos coerentes estaduais (CSS....

Protocolo

1. Oscilador paramétrico ótico

1. Construa uma cavidade linear semimonolithic 4 cm de comprimento (para melhorar a estabilidade mecânica e redução das perdas intracavitários). O espelho de entrada é revestido directamente sobre uma das faces do cristal não linear.
2. Escolha de um acoplador de reflexão de entrada de 95% para a bomba a 532 nm e de alta reflexão para o sinal e complementar a 1.064 nm. Inversamente, escolher o acoplador de saída a ser altamente reflector para a bomba e de transmitância T = 10% para a infravermelho. A faixa espectral livre da OPO é igual a Δω = 4,3 GHz ea largura de banda é de cerca de 60 MHz. Faça a cavidade triplamente r....

Resultados

Para o OPO tipo II ea geração de alta fidelidade estado único fóton:
A reconstrução tomográfica do estado anunciado é mostrado na Figura 2, onde os elementos da diagonal da matriz de densidade reconstruída e a função de Wigner correspondentes são exibidas. Sem as correções de perda, o estado anunciou exibe uma componente single-photon tão alta quanto 78%. Ao levar em conta as perdas de detecção geral (15%), o estado atinge uma fidelidade de 91% com um estado de fóton único. O componente de dois f.......

Discussão

A técnica de preparação condicional apresentado aqui é sempre uma interação entre o recurso bipartido inicial ea medição realizada pelo detector de proclamação. Estes dois componentes influenciam fortemente as propriedades quânticas do estado gerado.

Em primeiro lugar, a pureza dos estados preparadas depende fortemente o do recurso inicial, assim, é necessária uma "boa" OPO. O que é um "bom" OPO? É um dispositivo para o qual a eficiência η fuga é próximo da unidade. O par.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Bomba laser	Innolight	Diabolo	Saída dupla, IR e cristal
KTP e PPKTP	Raicol		Disponível de outros fornecedores
Filtros interferenciais	Barr associates
Fotodiodos de alta eficiência	Fermionics		Eficiência quântica acima de 97%
Osciloscópio	Lecroy	Wave runner 610 Zi	Utilizado para aquisição de dados
Analisador de espectro	Agilent	N9000A	Disponível de outros fornecedores
Rotor de Faraday	Qioptic	FR-1060-5SC	Disponível de outros fornecedores
PZT	PI	P-016.00H	Disponível de outros fornecedores Detectores
supercondutores de fóton único	Scontel	SSPD	low dark contagens
Interruptor óptico	Thorlabs	OSW12-980E	Disponível de outros fornecedores

de 532 nm