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

O objetivo deste experimento é gerar estados não gaussianos de campos ópticos viajantes com alta fidelidade, incluindo fóton único e superposições de estado coerente conhecidas como estados CAT de Schrödinger. Isso é conseguido usando feixes correlacionados não clássicos como fonte de luz primária. Como segunda etapa, um único fóton é detectado em um feixe, o que resulta na projeção do outro feixe em um estado quântico condicional anunciado.

Isso é conhecido como técnica de preparação condicional, onde um recurso gaussiano inicial é combinado com uma medição não gaussiana, como a contagem de fótons. Em seguida, o estado anunciado é medido pela detecção de homo dyne para realizar a tomografia de estado quântico completa. Em última análise, são obtidos resultados que mostram engenharia de estado quântico de alta fidelidade com base em dois osciladores paramétricos ópticos diferentes.

A técnica apresentada possibilita a doação de estados quânticos que são recursos importantes para uma variedade de protocolos de informação. Significativamente, ou procedimento baseado em estado paramétrico óptico ou oio torna possível obter uma mistura muito baixa e de estados de identificação de vácuo 80 e a emissão em molde especial bem controlado enviado para a cavidade oio. Esse recurso facilita o uso dessas estatísticas em protocolos subsequentes onde podem precisar interferir em outros recursos ópticos, por exemplo, em implementações de GA óptico ou em conteúdos mais complexos.

Para realizar este procedimento, construa uma cavidade linear semi-monolítica para melhorar a estabilidade mecânica e reduzir as perdas de cavidade interna, incluindo um cristal KTP e um espelho de entrada que é revestido diretamente em uma face do cristal não linear, enquanto a outra face é revestida com antirreflexo. Escolha uma reflexão do acoplador de entrada de 95% para a bomba em 532 nanômetros e alta reflexão para o sinal e a polia em 1064 nanômetros. Escolha inversamente o acoplador de saída para ser altamente reflexivo para a bomba e de transmitância.

T é igual a 10% para o infravermelho. A faixa espectral livre do oscilador paramétrico óptico é igual a 4,3 gigahertz e a largura de banda é de cerca de 60 megahertz. Use um laser YAG de neodímio dobrado com frequência de onda contínua como uma fonte de laser, bombeie o OPO a 532 nanômetros a, alcance o modo de correspondência entre a bomba e o modo de cavidade.

Torne a cavidade triplamente ressonante ajustando a temperatura do cristal e a frequência do laser. Verifique os picos de transmissão para a luz infravermelha e verde em um osciloscópio para essa finalidade. Uma luz infravermelha fraca também é injetada na fechadura OPO.

O comprimento da cavidade OPO na ressonância da bomba pela técnica de libra DRE Hall. Para isso, aplique uma modulação eletro-óptica à bomba e detecte a luz refletida de volta da cavidade com um isolador óptico em um divisor de feixe polarizador. Separe os campos de sinal e intermediário.

Um corresponde ao modo de anúncio, enquanto o outro é o estado anunciado que será detectado pela detecção do homo dyne. Guie o modo de anúncio em direção ao detector de fóton único. Filtre o modo de anúncio para remover os modos não degenerados de frequência devido à cavidade OPO.

Primeiro, use um filtro inferencial com uma largura de banda de 0,5 nanômetros. Adicione uma cavidade Fabry Perot linear caseira com uma faixa espectral livre de 330 gigahertz e uma largura de banda de 300 megahertz. A largura de banda da cavidade é escolhida para ser maior que a do OPO e a faixa espectral livre para ser maior que a janela de frequência do filtro inferencial.

Alcance pelo menos uma rejeição geral de 25 decibéis dos modos não degenerados. Depois de estabilizar o caminho conforme detalhado no protocolo de texto, detecte o modo de anúncio filtrado por um único detector de fótons durante o período de medição. Um detector de fóton único supercondutor é usado para limitar a quantidade de ruído escuro, que de outra forma se degradaria.

A fidelidade do estado condicional. Detecte o estado anunciado com uma detecção homo dine balanceada composta por um divisor de feixe 50 50 onde o campo a ser caracterizado e um forte oscilador local de onda contínua são trazidos para interferir, bem como um par de alta eficiência quântica em fotodiodos de gás. Para alinhar a detecção, injete um feixe auxiliar brilhante a 1064 nanômetros na cavidade e no modo OPO.

Combine isso com o modo oscilador local. Alcance uma visibilidade marginal próxima da unidade. Qualquer quadrática de incompatibilidade de modo se traduz em perdas de detecção.

Verifique as propriedades de detecção homo com uma potência do oscilador local de seis miliwatts. O limite de ruído de disparo é fixo de até 50 megahertz. Está mais de 20 decibéis acima do ruído eletrônico em baixa frequência de análise e 16 decibéis acima na frequência de análise de 50 megahertz.

Essa distância é um parâmetro crítico, pois se traduz em perdas na detecção. Para cada evento de detecção do detector de fóton único, registre a corrente da foto ho moddy usando um osciloscópio com uma taxa de amostragem de cinco giga samples por segundo. Durante 100 nanossegundos.

Varra a fase do oscilador local com um espelho montado em PZT durante a medição. Depois de filtrar cada segmento registrado, acumule medições e pós-processe os dados com um algoritmo de máxima verossimilhança. Este procedimento permite a reconstrução da matriz de densidade do estado anunciado e a função de Wagner correspondente.

A reconstrução tomográfica do estado anunciado é visualizada através dos elementos diagonais da matriz de densidade reconstruída e da função de Wagner correspondente sem quaisquer correções de perda. O estado anunciado exibe um único componente de fóton de até 78%Levando em consideração as perdas gerais de detecção, o estado atinge uma fidelidade de 91%com um único estado de fóton. O componente de dois fótons, que resulta de vários pares de fótons criados pelo processo de conversão para baixo, é limitado a 3% Um procedimento semelhante pode ser aplicado com um apelo tipo um, que é uma espécie de luz de compressão de modo único.

Refletindo uma pequena fração dos estados de vácuo de compressão. Com um divisor de feixe, pode-se subtrair um único fóton, o que prejudica a preparação de um seu gatinho. No outro modo, o modo de condicionamento precisa da mesma filtragem de frequência explicada Nos outros experimentos, a seta que afirma é caracterizada da mesma maneira A técnica de preparação condicional apresentada aqui é sempre uma interação entre a fonte lateral inicial e a medição realizada pelo detector de carga.

Esses dois componentes influenciam fortemente as propriedades quânticas do estado gerado devido aos cristais C, unidade, escape, eficiência dos OPOs e o ruído de pato muito baixo de nosso detector supercondutor para cargas pesadas. O método aqui apresentado permite a geração confiável de estados nongo com altíssima fidelidade, limitados principalmente pelas perdas na detecção. Não se esqueça de que trabalhar com lasers pode ser extremamente perigoso, e precauções como usar óculos de segurança a laser devem sempre ser tomadas ao realizar este procedimento.