Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

स्पंदित क्वांटम आवृत्ति कंघी की पीढ़ी और सुसंगत नियंत्रण

Published: June 8, 2018 doi: 10.3791/57517
Automatic Translation
*1, *1, 1,2, 1, 1, 1, 1,3, 1,4, 3, 5, 6, 7, 8, 1, 1,9,10
1Institut National de la Recherche Scientifique - Centre Énergie, Matériaux et Télécommunications (INRS-EMT), 2School of Engineering, University of Glasgow, 3Department of Energy, Information Engineering and Mathematical Models, University of Palermo, 4School of Mathematical and Physical Sciences, University of Sussex, 5Department of Physics and Material Science, City University of Hong Kong, 6State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics, Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Science, 7Centre for Micro Photonics, Swinburne University of Technology, 8Institute of Photonics, Department of Physics, University of Strathclyde, 9Institute of Fundamental and Frontier Sciences, University of Electronic Science and Technology of China, 10National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics
* These authors contributed equally

Summary

एक प्रोटोकॉल व्यावहारिक पीढ़ी और उच्च आयामी आवृत्ति-बिन उलझ फोटॉन एकीकृत सूक्ष्म-गुहाओं और मानक दूरसंचार घटकों, क्रमशः का उपयोग राज्यों के सुसंगत हेरफेर के लिए प्रस्तुत किया है ।

Abstract

हम पीढ़ी और स्पंदित क्वांटम आवृत्ति कंघी के सुसंगत हेरफेर के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं । अब तक, एक व्यावहारिक तरीके से उच्च आयामी राज्यों पर चिप तैयार करने के तरीकों को तैयार करने और इस तरह के राज्यों की प्रक्रिया के लिए आवश्यक क्वांटम सर्किट की बढ़ती जटिलता के कारण मायावी बनी हुई है । यहां, हम रूपरेखा कैसे उच्च आयामी, आवृत्ति बिन उलझ, दो फोटॉन राज्यों एक स्थिर, उच्च पीढ़ी दर पर एक नेस्टेड-गुहा का उपयोग करके उत्पंन किया जा सकता है, सक्रिय रूप से मोड एक गैर रेखीय माइक्रो गुहा की उत्तेजना बंद कर दिया । यह तकनीक स्पंदित क्वांटम आवृत्ति कंघी का उत्पादन करने के लिए प्रयोग किया जाता है । इसके अलावा, हम वर्तमान कैसे क्वांटम राज्यों सुसंगत जा सकता है ऐसे प्रोग्राम फिल्टर और इलेक्ट्रो ऑप्टिक मॉडुलन के रूप में मानक दूरसंचार घटकों का उपयोग कर हेरफेर । विशेष रूप से, हम विस्तार से दिखाने के लिए कैसे इस तरह के घनत्व मैट्रिक्स पुनर्निर्माण, संयोग का पता लगाने, और एकल फोटॉन स्पेक्ट्रम दृढ़ संकल्प के रूप में राज्य विशेषताओं माप पूरा करने के लिए । प्रस्तुत तरीकों जटिल उच्च आयामी राज्य की तैयारी और आवृत्ति डोमेन में हेरफेर प्रोटोकॉल के लिए एक सुलभ, विन्यास, और स्केलेबल नींव के रूप में ।

Introduction

क्वांटम घटना के नियंत्रण के रूप में क्षेत्रों में नए अनुप्रयोगों के लिए संभावना खोलता है सुरक्षित क्वांटम संचार के रूप में विविध1, शक्तिशाली क्वांटम जानकारी प्रसंस्करण2, और क्वांटम संवेदन3। जबकि शारीरिक प्लेटफार्मों की एक किस्म सक्रिय रूप से क्वांटम प्रौद्योगिकियों के बोध के लिए शोध किया जा रहा है4, ऑप्टिकल क्वांटम राज्यों महत्वपूर्ण उंमीदवार है के रूप में वे लंबे समय से जुटना समय और बाहरी शोर से स्थिरता, उत्कृष्ट प्रदर्शन कर सकते है पारेषण संपत्तियों, साथ ही मौजूदा दूरसंचार और सिलिकॉन चिप (CMOS) प्रौद्योगिकियों के साथ संगतता ।

की ओर पूरी तरह क्वांटम प्रौद्योगिकियों, राज्य जटिलता और सूचना सामग्री के लिए फोटॉनों की क्षमता को साकार करने के लिए कई उलझ दलों के उपयोग के माध्यम से बढ़ाया जा सकता है और/ हालांकि, इस तरह के ऑप्टिकल राज्यों के चिप पीढ़ी के सेटअप के रूप में व्यावहारिकता का अभाव है, जटिल नहीं पूरी तरह से स्केलेबल, और/ विशेष रूप से, उच्च आयामी पथ-उलझाव सुसंगत Equation 01 -उत्साहित समान स्रोतों की आवश्यकता होती है और बीम के विस्तृत सर्किट-5 बंटवारेों Equation 01 (जहां राज्य आयामी है), जबकि समय-उलझाव जटिल की जरूरत है मल्टी आर्म interferometers6. उल्लेखनीय है, आवृत्ति-डोमेन अच्छी तरह से स्केलेबल पीढ़ी और जटिल राज्यों के नियंत्रण के लिए उपयुक्त है, के रूप में क्वांटम आवृत्ति कंघी (QFC)7,8 एकीकृत प्रकाशिकी का एक संयोजन का उपयोग कर में हाल ही में शोषण के द्वारा दिखाया गया है और दूरसंचार9कने, और भविष्य क्वांटम सूचना प्रौद्योगिकियों के लिए एक आशाजनक रूपरेखा प्रदान करता है ।

पर चिप QFCs एकीकृत माइक्रो-गुहाओं में रेखीय ऑप्टिकल प्रभाव का उपयोग कर उत्पन्न कर रहे हैं । इस तरह के एक गैर रेखीय माइक्रो-प्रतिध्वनित, दो उलझ फोटॉनों का उपयोग (संकेत और आलसी व्यक्ति के रूप में उल्लेख किया) सहज चार द्वारा उत्पादित कर रहे हैं-लहर मिश्रण, दो उत्तेजना फोटॉनों के विनाश के माध्यम से-एक superposition में उत्पन्न परिणामी जोड़ी के साथ गुहा के समान रूप से दूरी गुंजयमान आवृत्ति मोड (चित्रा 1) । यदि व्यक्तिगत आवृत्ति मोड के बीच जुटना है, एक आवृत्ति बिन उलझ राज्य10का गठन किया है, जो अक्सर एक विधा के रूप में जाना जाता है-दो फोटॉन राज्य11बंद कर दिया । इस राज्य की लहर-समारोह द्वारा वर्णित किया जा सकता है,

Equation 02

यहाँ, Equation 03 और Equation 04 एकल-आवृत्ति-मोड आलसी व्यक्ति और संकेत घटक हैं, क्रमशः, और Equation 05 Equation 06 -th संकेत-आलसी व्यक्ति मोड जोड़ी के लिए प्रायिकता आयाम है ।

पर चिप QFCs के पिछले प्रदर्शन व्यवहार्य क्वांटम सूचना प्लेटफार्मों के रूप में अपनी बहुमुखी प्रतिभा को उजागर, और शामिल की कंघी संबंधित फोटॉनों12, पार-ध्रुवीकरण13फोटॉनों, उलझ फोटॉनों14,15 , 16, बहु फोटॉन राज्यों15, और आवृत्ति-बिन उलझ राज्यों9,17। यहां, हम QFC मंच और उच्च आयामी आवृत्ति-बिन उलझ ऑप्टिकल राज्य पीढ़ी और नियंत्रण के लिए एक प्रोटोकॉल का एक विस्तृत सिंहावलोकन प्रदान करते हैं ।

भविष्य क्वांटम अनुप्रयोगों, विशेष रूप से उन उच्च गति इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ इंटरफेस करने के लिए (समय पर सूचना प्रसंस्करण के लिए), उच्च शुद्धता फोटॉन राज्यों की उच्च दर पीढ़ी एक कॉंपैक्ट और स्थिर सेटअप में मांग । हम दूरसंचार एस, सी, और एल आवृत्ति बैंड के भीतर QFCs का उत्पादन करने के लिए एक सक्रिय रूप से मोड लॉक, नेस्टेड गुहा योजना का उपयोग करें । एक सूक्ष्म अंगूठी एक बड़ा स्पंदित लेजर गुहा में शामिल है, ऑप्टिकल लाभ के साथ (एक erbium-मैगनीज फाइबर एंपलीफायर, EDFA द्वारा प्रदान की) के लिए सूक्ष्म अंगूठी उत्तेजना बैंडविड्थ18मैच फ़िल्टर्ड । मोड ताला सक्रिय रूप से गुहा घाटा19के इलेक्ट्रो ऑप्टिक मॉडुलन के माध्यम से एहसास होता है । एक अलग से सुनिश्चित करता है कि पल्स प्रोपेगेशन एक ही दिशा निंनानुसार है । जिसके परिणामस्वरूप पल्स ट्रेन बहुत कम जड़ मतलब स्क्वायर (RMS) शोर और स्वरित्र पुनरावृत्ति दरों और पल्स शक्तियों का प्रदर्शन किया है । एक उच्च आइसोलेशन पायदान फ़िल्टर उत्तेजना फ़ील्ड से उत्सर्जित QFC फोटॉनों को अलग करता है. इन एकल फोटॉनों तो नियंत्रण और पता लगाने के लिए फाइबर के माध्यम से निर्देशित कर रहे हैं ।

हमारी योजना एक उच्च पीढ़ी दर, छोटे पदचिह्न QFC स्रोत की दिशा में एक कदम है, के रूप में सभी उपकरणों का इस्तेमाल संभवतः एक नैनोवायर चिप पर एकीकृत किया जा सकता है । इसके अतिरिक्त, स्पंदित उत्तेजना विशेष रूप से अच्छी तरह से क्वांटम अनुप्रयोगों के लिए अनुकूल है । सबसे पहले, उत्तेजना के लिए माइक्रो गुहा अनुनादों की एक जोड़ी को देख, यह दो-फोटॉन राज्यों जहां प्रत्येक फोटॉन एक एकल आवृत्ति मोड द्वारा विशेषता है-रैखिक ऑप्टिकल क्वांटम कंप्यूटिंग20के लिए केंद्रीय उत्पंन करता है । के रूप में अच्छी तरह से, बहु फोटॉन राज्यों उच्च शक्ति उत्तेजना सरकारों को ले जाने और कई संकेत-आलसी व्यक्ति जोड़े15का चयन करके उत्पन्न किया जा सकता है । दूसरा, के रूप में फोटॉनों ज्ञात समय खिड़कियों में उत्सर्जित स्पंदित उत्तेजना, पोस्ट प्रोसेसिंग और गेटिंग के लिए इसी राज्य का पता लगाने में सुधार लागू किया जा सकता है । शायद सबसे महत्वपूर्ण, हमारी योजना फोटॉन राज्यों के उच्च पीढ़ी दर का समर्थन करता है हार्मोनिक मोड का उपयोग कर-संयोग को कम करने के लिए आकस्मिक अनुपात (कार) के बिना ताला-जो उच्च गति, मल्टी चैनल क्वांटम जानकारी के लिए मार्ग प्रशस्त सकता है प्रौद्योगिकियों.

प्रभाव और आवृत्ति की व्यवहार्यता का प्रदर्शन-डोमेन, QFC राज्यों के नियंत्रण लक्षित तरीके में पूरा किया जाना चाहिए, अत्यधिक कुशल परिवर्तनों और राज्य जुटना सुनिश्चित करना । दूरसंचार उद्योग में स्थापित घटकों-ऐसी आवश्यकताओं को संतुष्ट करने के लिए, हम व्यापक प्रोग्राम फिल्टर और चरण मॉडुलन का उपयोग करें । प्रोग्राम फिल्टर एक मनमाना वर्णक्रमीय आयाम और एक फोटॉनों पर चरण मुखौटा लगाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, प्रत्येक आवृत्ति मोड व्यक्तिगत रूप से पता करने के लिए पर्याप्त एक संकल्प के साथ; और इलेक्ट्रो-ऑप्टिक चरण रेडियो आवृत्ति (आरएफ) सिग्नल जनरेटर से प्रेरित मॉडुलन की आवृत्ति घटकों के मिश्रण21की सुविधा.

इस नियंत्रण योजना का सबसे महत्वपूर्ण पहलू यह है कि यह एक एकल नियंत्रण तत्वों का उपयोग कर, एक ही स्थानिक मोड में एक साथ फोटॉनों के सभी क्वांटम मोड पर चल रही है । क्वांटम राज्य आयामी वृद्धि सेटअप जटिलता में वृद्धि करने के लिए नेतृत्व नहीं करेगा, इसके विपरीत में पथ-या समय-बिन उलझाव योजनाओं । के रूप में अच्छी तरह से, सभी घटकों को बाह्य विंयास कर रहे है (अर्थ आपरेशन सेटअप में संशोधन के बिना बदला जा सकता है) और मौजूदा दूरसंचार बुनियादी सुविधाओं का उपयोग करें । इस प्रकार, ultrafast ऑप्टिकल प्रोसेसिंग के क्षेत्र में मौजूदा और आगामी घटनाओं को सीधे भविष्य में क्वांटम राज्यों के स्केलेबल नियंत्रण में स्थानांतरित किया जा सकता है ।

संक्षेप में, आवृत्ति के शोषण-QFCs द्वारा डोमेन जटिल क्वांटम राज्यों और उनके नियंत्रण के उच्च दर पीढ़ी का समर्थन करता है, और, इस प्रकार अच्छी तरह से व्यावहारिक और स्केलेबल क्वांटम प्रौद्योगिकियों के प्रति जटिल राज्यों के दोहन के लिए अनुकूल है ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. उच्च आयामी आवृत्ति की पीढ़ी-बिन उलझ राज्यों के माध्यम से स्पंदित उत्तेजना

  1. चित्रा 2 (पीढ़ी चरण) में उल्लिखित योजना के बाद, ध्रुवीकरण-बनाए रखने ऑप्टिकल फाइबर (बेहतर पर्यावरण स्थिरता के लिए) का उपयोग कर प्रत्येक घटक कनेक्ट ।
  2. विद्युत ऑप्टिक आयाम मॉडुलन करने के लिए एक बिजली की आपूर्ति कनेक्ट और एक डीसी वोल्टेज ऑफसेट लागू, ऑफसेट मूल्य ट्यूनिंग जब तक ऑप्टिकल शक्ति के माध्यम से प्रेषित यह लगभग आधी है (एक ऑप्टिकल बिजली मीटर का उपयोग कर मापा ), जैसे, कि एक चोटी 2 मेगावाट का पारेषण मूल्य 1 मेगावाट तक आधा है ।
  3. अनुमानित बाहरी गुहा लंबाई को मापने । संबंध का उपयोग करते हुए बाहरी गुहा मोड रिक्ति परिकलित करें,
    Equation 07
    जहाँ Equation 08 बाहरी गुहा मोड रिक्ति है, c वैक्यूम में प्रकाश की गति है, गुहा माध्यम Equation 09 की प्रभावी अनुक्रमणिका है, और L बाहरी गुहा लंबाई है । उदाहरण के लिए, एक 20 मीटर गुहा के लिए १.४६ की एक प्रभावी अपवर्तन सूचकांक के साथ फाइबर के शामिल, अनुमानित गुहा मोड रिक्ति १०.२ मेगाहर्ट्ज होगा ।
  4. lasing आरंभ करने के लिए EDFA चालू करें ।
  5. या तो गुहा युग्मक या अंय अंगूठी बंदरगाहों पर सेटअप में तेजी से photodiode डालें । समय-डोमेन में उत्तेजना फ़ील्ड की तीव्रता का पालन करने के लिए एक आस्टसीलस्कप करने के लिए photodiode संकेत कनेक्ट करें ।
  6. ns स्केल दालों को हल करने के लिए आस्टसीलस्कप समय रिज़ॉल्यूशन < 100 ps (क्षैतिज स्केल घुंडी के माध्यम से) पर सेट करें । इस कदम पर, सक्रिय मॉडुलन के बिना, आस्टसीलस्कप पर उत्पादन एक कम गुणवत्ता, उच्च शोर पल्स ट्रेन के साथ अस्थिर पल्स आपरेशन दिखाएगा.
  7. इलेक्ट्रो ऑप्टिक आयाम मॉडुलन करने के लिए एक समारोह जनरेटर कनेक्ट. (अनुमानित) बाहरी गुहा मोड रिक्ति ऊपर पाया (या एक सुरीले) फ़ंक्शन जनरेटर आउटपुट की आवृत्ति सेट करें । यह संकेत मोड-लॉकिंग निष्पादित करता है । आयाम मॉडुलन के लिए या तो एक पल्स (आयताकार) तरंग या साइन लहर चुनें । फ़ंक्शन जनरेटर चालू करें ।
  8. ट्यून आरएफ समारोह जनरेटर आवृत्ति और डीसी को अनुकूलित और आस्टसीलस्कप पर पल्स ट्रेन आकार स्थिर ऑफसेट । एक स्पंदित ड्राइविंग सिग्नल का उपयोग किया जाता है, तो अपने कर्तव्य चक्र का अनुकूलन ।
  9. मैंयुअल रूप से EDFA लाभ समायोजित करने के लिए शासन को कम (या वृद्धि) पल्स तीव्रता जहां उत्पंन फोटॉनों के गुण के रूप में उपयोगकर्ता द्वारा वांछित है (कार एक उपयोगी मीट्रिक यहां है-इसके माप पर विवरण के लिए नीचे देखें) । इस के लिए, संबंधित संयोग के समय इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ आता है कि दृश्य इंटरफ़ेस द्वारा उत्पंन हिस्टोग्राम की तुलना करें ।
  10. पल्स ट्रेन सिग्नल के साथ समय इलेक्ट्रॉनिक्स सिंक चैनल फ़ीड (photodiode द्वारा पता चला) या आरएफ मोड लॉकिंग संकेत फोटॉन जोड़ी पीढ़ी के साथ एकल फोटॉन डिटेक्टरों सिंक्रनाइज़ करने के लिए ।
  11. QFCs की पीढ़ी दर बढ़ाने के लिए, बाहरी गुहा आवृत्ति रिक्ति के उच्च harmonics पर मोड लॉकिंग मॉडुलन ड्राइव जबकि एक साथ पल्स प्रति एक ही शक्ति सुनिश्चित करने के लिए EDFA लाभ बढ़ाने-यह फोटॉन जोड़ी कार का कहना है, जबकि जोड़ी उत्पादन दर बढ़ाने (चित्रा 3) । इसके लिए, क्रमशः फ़ंक्शन जनरेटर आउटपुट आवृत्ति और EDFA लाभ बढ़ाएँ.

2. उच्च आयामी आवृत्ति के नियंत्रण-बिन उलझ राज्यों

  1. चित्र 2 (नियंत्रण चरण) में उल्लिखित योजना के बाद, ध्रुवीकरण-बनाए रखने वाले तंतुओं का उपयोग करके सभी घटकों को कनेक्ट करें । पीढ़ी योजना में पायदान फिल्टर से शुरुआत, पहली प्रोग्राम फिल्टर, चरण मॉडुलन, और दूसरा प्रोग्राम फिल्टर श्रृंखला में कनेक्ट. अंत में माप प्रयोजनों के लिए एकल फोटॉन डिटेक्टरों कनेक्ट ।
  2. प्रोग्राम फ़िल्टर कार्रवाई
    नोट: विशिष्ट अनुप्रयोग/माप के आधार पर किया जा रहा है, QFC के नियंत्रण पैरामीटर भिन्न होगा और आवृत्ति मोड पर लागू चरण और आयाम मास्क तदनुसार निर्धारित किया जाना चाहिए । आयाम मुखौटा क्षीणन या कुछ आवृत्ति मोड ब्लॉक और चरण मुखौटा प्रत्येक विधा पर एक मनमाना चरण बदलाव प्रदान कर सकते हैं करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
    1. वांछित आवेदन के लिए आवश्यक मास्क का निर्धारण/
    2. प्रोग्राम फ़िल्टर दृश्य इंटरफ़ेस22के माध्यम से, वांछित आवृत्ति मोड चैनलों के आयाम सेट और सभी दूसरों को क्षीणन ।
    3. इसी तरह, चरण मुखौटा लागू (अवांछित चैनलों के लिए लागू चरण महत्वहीन है, के रूप में वे पूरी तरह तनु हैं) । जहां वांछित आवृत्तियों चुना जाता है एक दृश्य इंटरफ़ेस के साथ प्रोग्राम फिल्टर को नियंत्रित करें ।
  3. चरण मॉडुलन आपरेशन
    1. चरण मॉडुलन का उपयोग करना, एक आवधिक संकेत द्वारा संचालित, साइड बैंड समान रूप से चरण मॉडुलन ड्राइविंग है कि संकेत जनरेटर की आवृत्ति द्वारा स्थान में प्रत्येक वर्णक्रमीय घटक विभाजित. पथ-उलझाव योजनाओं में स्थानिक बीम-विभाजनों के अनुरूप, कई विभिन्न क्वांटम आवृत्ति मोड मिश्रण करने के लिए इसका इस्तेमाल करें । क्वांटम शासन में, इलेक्ट्रो ऑप्टिक चरण मॉडुलन एक क्वांटम कैटरिंग ऑपरेशन माना जाता है23.
    2. निर्धारित लक्ष्य आवृत्ति मोड (पर Equation 01 निर्भर है और माप/प्रसंस्करण किया जा रहा है) और वोल्टेज पैटर्न की गणना (एक साइन वेव जनरेटर के लिए आवृत्ति और आयाम) इच्छित Equation 10 मूल्यों का अनुकूलन करने के लिए (कुछ के लिए नीचे देखें इस पर विवरण) ।
    3. कम नुकसान केबल (जैसे एसएमसी केबलों के रूप में) का उपयोग कर आरएफ एम्पलीफायर करने के लिए संकेत जनरेटर कनेक्ट । भी पर्याप्त आरएफ केबल का उपयोग कर, चरण मॉडुलन करने के लिए आरएफ एम्पलीफायर उत्पादन कनेक्ट. एक बार सभी आरएफ समाप्त होता है और जुड़े ठीक से समाप्त, आरएफ एंपलीफायर पूर्वाग्रह ।
    4. सुनिश्चित करें कि आरएफ एम्पलीफायर पर्याप्त वोल्टेज के साथ विद्युत ऑप्टिक चरण मॉडुलन ड्राइव करने के लिए वांछित मिश्रण शर्तों को पूरा करने के लिए, इन कई Equation 11 के आदेश पर कर रहे हैं (चरण मॉडुलन की आधा लहर वोल्टेज). इसके अलावा, सुनिश्चित करें कि आरएफ केबल और connectors ड्राइविंग सिग्नल की बैंडविड्थ और आवृत्ति रेंज के लिए पर्याप्त हैं ।
    5. (जैसे, ३३ GHz) बनाया पक्ष बैंड के साथ वांछित मोड ओवरलैप जाएगा जो एक आवृत्ति पर आरएफ सिग्नल जनरेटर (जो चरण मॉडुलन ड्राइविंग है) सेट करें.
    6. आवृत्ति मोड मिश्रण करने के लिए संकेत जनरेटर चालू करें ।
    7. सही मॉडुलन लागू किया जाता है कि सत्यापित करने के लिए, चरण मॉडुलन के माध्यम से एक सतत लहर लेजर भेजने और उत्पादन स्पेक्ट्रम एक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग करने के लिए इरादा मॉडुलन से मेल खाती है कि जाँच करने के लिए (मॉडुलन मापदंडों आगे किया जा सकता है अनुकूलित, नोट्स देखें) ।
      नोट: आवृत्ति मोड के मिश्रण का अनुकूलन (इष्टतम समारोह आवृत्ति और आयाम का निर्धारण) अत्यधिक वांछित मिश्रण योजना पर निर्भर है, प्रयोग किया जा रहा है, और राज्य आयाम Equation 01 . यदि संभव हो, मिश्रण योजनाओं मिश्रण दक्षता बढ़ाने के लिए प्रारंभिक आवृत्ति मोड (कम पूर्णांक sidebands पर) करने के लिए बंद मोड मिक्स करना चाहिए. उदाहरण के लिए, Equation 12 यदि, मिश्रण आधे से दो आवृत्ति मोड के बीच होने की सिफारिश की है (इस प्रकार, चरण मॉडुलन एक आवृत्ति है जो एक पूर्णांक एकाधिक बराबर आधा क्वांटम मोड आवृत्ति रिक्ति, या मुक्त है पर संचालित किया जाना चाहिए वर्णक्रमीय रेंज (FSR)) । हालांकि, के Equation 13 लिए, मिश्रण केंद्र आवृत्ति मोड में होने की सिफारिश की है (चरण मॉडुलन FSR के बराबर एक पूर्णांक एकाधिक के साथ एक आवृत्ति पर संचालित किया जाना चाहिए). उदाहरण के लिए, Equation 13 और माइक्रो गुहा Equation 14 गीगा के साथ, चरण मॉडुलन ड्राइविंग सिग्नल ३३.३३ GHz करने के लिए सेट है कि Equation 15 साइडबैंड पड़ोसी आवृत्ति मोड के साथ ओवरलैप करता है-जबकि भी केंद्र में पर्याप्त तीव्रता छोड़ने आवृत्ति मोड । sidebands Equation 16 पड़ोसी मोड के अतिव्यापी में यह परिणाम है Equation 17 , और Equation 18 केंद्र आवृत्ति मोड Equation 17 पर. चित्रा 4a मॉडुलन प्रक्रिया और साइडबैंड गुणांक का एक उदाहरण visualizes. प्रत्येक आवृत्ति मोड एक ही चरण मॉडुलन से गुजरती है और एक ही साइडबैंड वितरण बनाता है, लेकिन मूल आवृत्ति मोड (चित्रा 4a) के बारे में केंद्रित. किसी एकल आवृत्ति मोड के लिए, साइडबैंड आयाम एक रूपान्तर श्रृंखला24के गुणांक के रूप में परिकलित की जाती हैं,
      Equation 19
      जहां Equation 10 आयाम Equation 20 है-गु साइडबैंड को हस्तांतरित, Equation 21 चरण मॉडुलन पर Equation 22 संचालित है कि आवृत्ति है, चरण मॉडुलन पैटर्न (आवृत्ति Equation 21 के साथ आवधिक) है, और है Equation 23 आवधिक मॉडुलन समारोह के तर्क (Equation 24). एक sinusoidal ड्राइविंग संकेत Equation 25 के लिए, साइड बैंड आयाम जेकोबी-क्रोध विस्तार से वर्णित हैं,
      Equation 26
      Equation 27
      कहां Equation 28 है Equation 20 -वें क्रम पर Equation 29 मूल्यांकन पहली तरह के बिसेल समारोह है और Equation 30 अधिकतम चरण shift (जहां Equation 31 एकल टोन ड्राइविंग सिग्नल के वोल्टेज आयाम है) ।

3. उच्च आयामी आवृत्ति के प्रसंस्करण-बिन उलझ राज्यों

  1. सिंगल फोटॉन स्पेक्ट्रम
    1. QFC से उत्तेजना क्षेत्र की फ़िल्टरिंग के बाद एक एकल फोटॉन डिटेक्टर डालें, एक प्रोग्राम फिल्टर के उत्पादन में.
    2. के माध्यम से प्रोग्राम फ़िल्टर कंप्यूटर सॉफ्टवेयर, पूर्ण प्रोग्राम फ़िल्टर बैंडविड्थ पर झाडू एक संकीर्ण bandpass फ़िल्टर आयाम मुखौटा का उपयोग कर, आवृत्ति के एक समारोह के रूप में फोटॉन गिनती दरों को मापने । उदाहरण के लिए, यदि कोई दृश्य इंटरफ़ेस/नियंत्रण MATLAB में स्क्रिप्ट का उपयोग किया जाता है (जो प्रोग्राम फ़िल्टर नियंत्रण और समय इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ इंटरफ़ेस है), इच्छित फ़िल्टर बैंडविड्थ मान और चरण संख्या दर्ज करें और "चलाएं" । उचित फोटॉन गिनती पाने के लिए पर्याप्त एकीकरण समय सुनिश्चित करें ।
    3. इस डेटा से स्पेक्ट्रम के पुनर्निर्माण के लिए, भूखंड (उदाहरण के लिए, एक Matlab स्क्रिप्ट का उपयोग करके) फोटॉन गणना इसी तरंग दैर्ध्य (bandpass फ़िल्टर केंद्र) के खिलाफ दर जहां वे प्राप्त कर रहे थे ।
  2. संयोग मापन
    1. एक संयोग माप प्रदर्शन करने के लिए, विभाजन और मार्ग संकेत और आलसी व्यक्ति फोटॉनों एकल फोटॉन डिटेक्टरों अलग करने के लिए । प्रोग्राम फ़िल्टर एकाधिक पोर्ट है, तो इसे अलग करने के लिए का उपयोग करें । अंयथा, एक घने तरंग दैर्ध्य डिवीजन मल्टीप्लेक्स (DWDM) डालने से पहले एकल फोटॉन डिटेक्टरों और इस फोटॉनों मार्ग का उपयोग करें ।
    2. एक संकेत और आलसी व्यक्ति जोड़ी का चयन करें (उदाहरण के लिए, उत्तेजना आवृत्ति के संबंध में दूसरी प्रतिध्वनि लाइनों, सिग्नल-2 और आलसी व्यक्ति-2) प्रोग्राम फ़िल्टर (आपूर्ति सॉफ्टवेयर इंटरफेस के माध्यम से) का उपयोग कर और उंहें दो अलग एकल फोटॉन डिटेक्टरों के लिए मार्ग । उदाहरण के लिए, WaveManager सॉफ़्टवेयर के लिए, Flexgrid उप-मेनू क्लिक करें, "जोड़ें" क्लिक करें और चुने गए चैनल22के लिए तरंग दैर्ध्य और आउटपुट पोर्ट डालें ।
    3. समय-से-डिजिटल कनवर्टर का उपयोग करते हुए सिग्नल और आलसी व्यक्ति फोटॉनों के आगमन का समय रिकॉर्ड करें । इन माप से, दो फोटॉनों के बीच समय की देरी की गणना । किसी हिस्टोग्राम को प्लॉट करें (उदाहरण के लिए, Matlab स्क्रिप्ट का उपयोग करना) संकेत और आलसी व्यक्ति के Equation 32 बीच एक समय-देरी के लिए गिना जाता है — यह एक संयोग माप प्रदान करता है ।
      नोट: कार मेट्रिक आकस्मिक संयोग के साथ उत्पन्न फोटॉन जोड़े से सही संयोग की संख्या की तुलना करता है बहु-फोटॉन प्रक्रियाओं और अंधेरे गिनती से उत्पन्न होने वाले मायने रखता है.
    4. ऊपर से गणना की माप, केंद्र चोटी में गिनती की संख्या रिकॉर्ड (संयोग से एक ही पल्स में उत्पादित फोटॉनों से उपजी, शूंय देरी के आसपास केंद्रित, Equation 33 )-जो संयोग मान है ।
    5. प्रत्येक पक्ष-चोटी में गिनती की औसत संख्या रिकॉर्ड (विभिंन दालों में उत्पादित फोटॉनों के संयोग, जहां Equation 32 पल्स ट्रेन की अवधि के एक बहु है, यानी, नाड़ी पुनरावृत्ति दर का व्युत्क्रम), जो आकस्मिक मूल्य है है ।
      नोट: कार बस इन दो मूल्यों का अनुपात है (संयोग मूल्य/
  3. घनत्व मैट्रिक्स पुनर्निर्माण
    नोट: घनत्व मैट्रिक्स पुनर्निर्माण के लिए प्रक्रिया क्वांटम राज्य के कई मापदंडों पर निर्भर करता है: फोटॉनों की आयामीता, फोटॉनों की संख्या है, और जो मोड मापा जा रहा है । आवश्यक अपुष्ट माप की संख्या के बराबर हैEquation 34जहांEquation 01आयामीता है औरEquation 35फोटॉनों का नंबर है । तो, उदाहरण के लिए, एक दो की एक आयामी के साथ फोटॉन जोड़ीEquation 13८१ माप की आवश्यकता होगी । इस प्रोटोकॉल घनत्व मैट्रिक्स पुनर्निर्माण के लिए सामांय प्रक्रिया की रूपरेखा, एक जोड़ी के लिए उदाहरण के साथ होगाEquation 13आवृत्ति मोड फोटॉनों ।
    1. वांछित राज्य और प्रक्षेपण वैक्टर का एक सेट के लिए आधार वैक्टर का एक सेट का निर्धारण (कैसे उचित इन चुनने के लिए पर विवरण के लिए नीचे देखें) ।
    2. एक संयोग माप के साथ, या तो एक प्रोग्राम फिल्टर या एक DWDM मार्ग संकेत और आलसी व्यक्ति फोटॉनों अलग करने के लिए एक फोटॉन डिटेक्टरों का उपयोग करें ।
    3. प्रोग्राम फिल्टर सॉफ्टवेयर नियंत्रण के माध्यम से, वांछित आवृत्ति मोड का चयन करें और सभी दूसरों को क्षीणन । प्रत्येक प्रक्षेपण wavevector व्यक्तिगत रूप से एहसास और एक संयोग माप रिकॉर्ड करने के लिए चरण मुखौटा मूल्यों सेट करें । यह अलग प्रक्षेपण संयोग मायने रखता है के बीच एक ही एकीकरण समय की अनुमति महत्वपूर्ण है ।
    4. एक कस्टम कंप्यूटर स्क्रिप्ट का उपयोग करना, प्रत्येक प्रक्षेपण wavevector के कच्चे संयोग गिनती माप का उपयोग कर फोटॉनों के घनत्व मैट्रिक्स की गणना (प्रासंगिक अभिकलनी विवरण के लिए नीचे देखें) ।
      नोट: जब घनत्व मैट्रिक्स माप के लिए आधार वैक्टर निर्धारण, वे राज्य अंतरिक्ष अवधि चाहिए । उदाहरण के मामले के लिए, आधार वैक्टर कर रहे है
      Equation 36
      एक राज्य Equation 37 के लिए, घनत्व मैट्रिक्स क्वांटम राज्य द्वारा वर्णन करता है,
      Equation 38
      किसी भी वास्तविक भौतिक प्रणाली के लिए घनत्व मैट्रिक्स एक सकारात्मक निश्चित, Hermitian मैट्रिक्स होना चाहिए-लेकिन शोर के कारण, यह हमेशा मामला नहीं हो सकता है । चुना आधार के साथ उदाहरण के मामले में, आदर्श अधिक से अधिक आवृत्ति-उलझ राज्य के लिए wavevector के रूप में प्रतिनिधित्व किया जा सकता है
      Equation 39
      और इस प्रकार, सैद्धांतिक घनत्व मैट्रिक्स होगा:
      Equation 40
      प्रोजेक्शन मापन प्रोजेक्शन wavevectors की एक श्रृंखला पर लिया जाता है Equation 41 । प्रत्येक प्रक्षेपण के लिए संयोग मायने रखता है के रूप में दिया,
      Equation 42
      जहां Equation 43 एक स्थिर है (परिभाषा के लिए नीचे देखें) ।
    5. , सामान्यीकृत मैट्रिक्स Equation 44 Equation 45 का एक ओर्थोगोनल सेट चुनें, जैसे कि
      Equation 46
      जहां Equation 47 ट्रेस है, Equation 01 आयाम है, फोटॉनों की Equation 35 संख्या है, और Equation 48 Kronecker डेल्टा समारोह है । इन मैट्रिक्स का निर्माण किया जा सकता है का उपयोग कर विशेष एकात्मकEquation 01सु () जनरेटर (जिनमें से Equation 49 वहां रहे हैं), साथ में पहचान मैट्रिक्स, के माध्यम से सभी संभव tenser उत्पाद संयोजन25. उदाहरण के मामले की ओर्थोगोनल मैट्रिक्स के लिए नीचे देखें ।
    6. घनत्व मैट्रिक्स का पुनर्निर्माण, Equation 50 निंनलिखित रिश्तों के माध्यम से,
      Equation 51
      Equation 52
      Equation 53
      Equation 54
      कहां Equation 55 Equation 56 -वें प्रक्षेपण वेक्टर के लिए फोटॉन मायने रखता है Equation 57 , प्रक्षेपण वैक्टर है (अगले कदम देखें), जहां Equation 58 और Equation 59 समीकरण परिभाषा के अनुसार गणना कर रहे हैं ।
      नोट: उदाहरण के मामले के लिए प्रोजेक्शन wavevectors हैं,
      Equation 60Equation 61
      Equation 62
      Equation 63
      Equation 64
      Equation 65
      Equation 66
      Equation 67
      Equation 68
      प्रयोग, इन wavevectors प्रोग्राम फिल्टर के माध्यम से प्रत्येक विधा पर उचित चरण पाली बीटेक द्वारा महसूस कर रहे हैं. प्रक्षेपण वैक्टर पर चर्चा के लिए पिछले प्रकाशन25 को देखें । मैट्रिक्स के ओर्थोगोनल सेट, Equation 69 उदाहरण के मामले के लिए पहले एसयू का उपयोग कर चुना जाता है (3) जनरेटर पहचान मैट्रिक्स के साथ साथ,
      Equation 70
      Equation 71
      Equation 72
      Equation 73
      Equation 74
      Equation 75
      Equation 76
      Equation 77
      Equation 78
      और के रूप में गणना कर रहे हैं,
      Equation 79
    7. उच्च आयामी राज्य पुनर्निर्माण की गहराई से चर्चा के लिए, संदर्भ 25 25देखें ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

उच्च आयामी आवृत्ति-बिन राज्यों के उत्पादन और नियंत्रण के लिए उल्लिखित योजना (रेखीय सूक्ष्म-गुहाओं के उत्तेजना के आधार पर, चित्र 1) चित्रा 2में दिखाया गया है । यह सेटअप मानक दूरसंचार घटकों का उपयोग करता है और फोटॉन उत्पादन दर में अत्यधिक लचीला है और प्रोसेसिंग संचालन लागू होता है । चित्रा 3 संयोग दर और पुनरावृत्ति दर के समारोह के रूप में कार के माध्यम से पीढ़ी योजना के लक्षण वर्णन दिखाता है, प्रदर्शन है कि फोटॉन जोड़े का उत्पादन कार को कम किए बिना बढ़ाया जा सकता है । नियंत्रण अनुभाग में, प्रोग्राम फिल्टर और चरण मॉडुलन (चित्रा 4a) फोटॉन wavefunctions के सुसंगत नियंत्रण की अनुमति दें । इस तरह के एक नियंत्रण योजना के लिए एक Equation 13 , दो फोटॉन प्रणाली के क्वांटम राज्य टोमोग्राफी प्रदर्शन करने के लिए राज्य घनत्व मैट्रिक्स, के रूप में चित्र 4Bमें दिखाया पुनर्निर्माण किया जाता है । परिणाम मापा और अधिक से अधिक उलझ राज्यों के बीच उत्कृष्ट समझौते ८०.९% की एक प्राप्त निष्ठा के साथ, प्रदर्शित करता है ।

Figure 1
चित्रा 1: स्पंदित क्वांटम आवृत्ति कंघी पीढ़ी । एक स्पंदित क्षेत्र एक भी गैर रेखीय माइक्रो गुहा अनुनाद (हरा) उत्तेजित । सहज चार लहर मिश्रण उत्तेजना वर्णक्रमीय मोड से दो फोटॉनों के विनाश मध्यस्थता और दो बेटी फोटॉनों की पीढ़ी, संकेत और आलसी व्यक्ति (लाल और नीले), वर्णक्रमीय उत्तेजना को सममित कहा जाता है. फोटॉन जोड़ी भी आवृत्ति अनुनादों द्वारा परिभाषित मोड के एक क्वांटम superposition में है, इस तरह की है कि eigenbasis राज्य Hamiltonian द्वारा परिभाषित में, wavefunction सममित आवृत्ति-मोड eigenvectors का एक सामान्यीकृत योग द्वारा प्रतिनिधित्व किया है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: व्यावहारिक उच्च आयामी क्वांटम राज्य पीढ़ी और नियंत्रण के लिए मंच । माइक्रो-रिंग प्रतिध्वनित26,27 एक बड़ा, बाहरी गुहा में एंबेडेड है । इस बाहरी गुहा एक एक संकेत जनरेटर, एक ऑप्टिकल लाभ घटक, और एक संकीर्ण बैंड-पास फिल्टर, एक पास एक पास बैंड के लिए इसी के लिए परिचालित उत्तेजना पल्स सीमित उत्तरार्द्ध के साथ, द्वारा संचालित एक सक्रिय इलेक्ट्रो ऑप्टिक आयाम मॉडुलन शामिल माइक्रो गुहा अनुनाद । इस योजना के माध्यम से उत्पन्न क्वांटम आवृत्ति कंघी (चित्रा 1) उत्तेजना क्षेत्र से छान रहे हैं और एक पायदान फिल्टर के माध्यम से नियंत्रण मंच पर से गुजारें. यहां, प्रोग्राम फिल्टर और इलेक्ट्रो ऑप्टिक चरण मॉडुलन का एक संयोजन (एक आरएफ संकेत जनरेटर से एक प्रवर्धित संकेत द्वारा संचालित) राज्य जोड़ तोड़ के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । प्रसंस्करण चरण में, आलसी व्यक्ति और संकेत फोटॉनों अलग एकल फोटॉन डिटेक्टरों एक DWDM का उपयोग करने के लिए रूट कर रहे हैं, और समय देरी इलेक्ट्रॉनिक्स का उपयोग कर मापा जाता है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: मापा संयोग दर (ऊपर) और संयोग से आकस्मिक अनुपात (कार) फोटॉन जोड़े के लिए (नीचे) संकेत के लिए इसी-2 और आलसी व्यक्ति-2 आवृत्ति मोड संगत रूप से मोड के लिए पुनरावृत्ति दर बढ़ाने का एक समारोह के रूप में-बंद स्पंदित उत्तेजना । के रूप में पल्स आकार और चोटी शक्तियों अलग पुनरावृत्ति दरों के लिए बनाए रखा गया था, संयोग दर रैखिक वृद्धि हुई है जबकि कार काफी हद तक संरक्षित किया गया था पाया गया । कार और इसकी अपूर्ण रेखीय कमी में मामूली कमी लक्षित उत्तेजना शक्ति से छोटे विचलन को imputable है । त्रुटि पट्टियां पांच माप के लिए परिकलित मानक विचलन के संगत हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: इलेक्ट्रो ऑप्टिक चरण मॉडुलन (ऊपर) और D = 3 (नीचे) के लिए उदाहरण घनत्व मैट्रिक्स पुनर्निर्माण के माध्यम से sidebands की पीढ़ी. (क) आवृत्ति के एक समारोह के रूप में एक इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉडुलन द्वारा आवृत्ति साइडबैंड पीढ़ी Equation 80 , पक्ष के साथ-बैंड मॉडुलन संकेत की आवृत्ति से दूरी पर, Equation 81 . FSR: उदाहरण मुक्त एक सूक्ष्म अंगूठी प्रतिध्वनित के वर्णक्रमीय रेंज । (ख) प्रयोगात्मक घनत्व मैट्रिक्स एक डी के पुनर्निर्माण = 3 आवृत्ति-बिन उलझ दो-फोटॉन राज्य (असली और काल्पनिक भागों पर छोड़ दिया और सही, क्रमशः) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ऑप्टिकल आवृत्ति-डोमेन, QFCs के माध्यम से, कारणों की एक मेजबान के लिए क्वांटम अनुप्रयोगों में लाभप्रद है । आपरेशन वैश्विक, एक साथ सभी राज्यों पर अभिनय कर रहे हैं, जो एक डिजाइन कि आकार या जटिलता में राज्य आयामी वृद्धि के रूप में पैमाने पर नहीं है में परिणाम है । इस घटक के रूप में बढ़ाया है पर विंयस्त किया जा सकता है सेटअप बदलने के बिना उड़ान और पर एकीकृत किया जा रहा है-चिप मौजूदा और/या विकासशील अर्धचालक और दूरसंचार कने का दोहन द्वारा । अंय ऑप्टिकल माइक्रो-गुहाओं-जैसे दूसरे क्रम के रेखीय माइक्रो-गुहाओं28, माइक्रो-डिस्क29, नैनोवायर क्रिस्टल waveguides30,31, आदिके लिए जनरेशन तकनीकों को भी अपनाया जा सकता है ।

उत्तेजना योजना में अग्रिम उच्च उत्पादन दर, क्वांटम जानकारी प्रसंस्करण अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक के लिए मार्ग प्रशस्त होगा । जबकि हमारी पीढ़ी योजना की उत्पादन दर मोड द्वारा बढ़ाया जा सकता है-उच्च हार्मोनिक आवृत्तियों पर ताला, supermode शोर इन उच्च पुनरावृत्ति दरों पर instabilities के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. इस शोर के दमन ऐसी गुहा लंबाई मॉडुलन३२,३३, रैखिक मुआवजा३४, और उच्च चालाकी supermode फ़िल्टरिंग तकनीक३५,३६के रूप में तकनीक के साथ पूरा किया जा सकता है ।

प्रणाली में सुधार से भी अधिक फोटॉन उत्पादन दर में परिणाम होगा । नियंत्रण भाग के लिए कुल घाटा १४.५ डीबी (पायदान फिल्टर के लिए 1 db, पहला प्रोग्राम फिल्टर के लिए ४.५ db, चरण मॉडुलन के लिए ३.५ db, और दूसरा प्रोग्राम फिल्टर के लिए ४.५ db) था । उत्पादन दरों में वृद्धि हो सकती है कई-घाटे में साकार में कटौती के माध्यम से गुना-एक एकल कॉंपैक्ट, कम नुकसान ऑप्टिकल चिप में सेटअप में इस्तेमाल नियंत्रण घटकों के कई एकीकरण द्वारा 5 dB के एक आसानी से उपलब्ध सुधार के साथ ।

बेहतर लक्षित पक्ष बैंड निर्माण के माध्यम से मिश्रण आवृत्ति मोड के बेहतर नियंत्रण और अधिक कुशल गेट्स और उच्च उत्पादन दर प्रदान करेगा । के रूप में संभावना तितर बितर मॉडुलन ड्राइविंग सिग्नल (पैटर्न, आवृत्ति, और आयाम) और इलेक्ट्रो ऑप्टिक मॉडुलन विनिर्देशों पर निर्भर करता है, इन दायरे में होना चाहिए प्रभावी ढंग से ओवरलैप करने के लिए मोड (साइड बैंड उत्पन्न) वांछित मिश्रण आवृत्तियों-आरएफ (गीगा) संकेत गति, राज्य के अत्याधुनिक वोल्टेज एम्पलीफायरों और कम Equation 11 चरण मॉडुलन की आवश्यकता होती है.

वर्तमान प्रोग्राम फिल्टर वर्णक्रमीय बैंडविड्थ और संकल्प में सीमित हैं; उपकरण मूल प्रदर्शनों में इस्तेमाल किया १५२७.४ एनएम से १५६७.५ एनएम के लिए एक बैंडविड्थ और १२.५ GHz के एक प्रस्ताव था । २०० GHz के माइक्रो-रिंग FSR के साथ, यह प्रोग्राम फ़िल्टर 10 सिग्नल और 10 आलसी व्यक्ति आवृत्तियों तक पहुंच प्रदान करता है । इन क्वांटम राज्यों की आयामी आसानी से ऊपर के मूल्यों तक पहुंच सकता है ( Equation 82 के रूप में कई के रूप में 14 qubits) प्रोग्राम फ़िल्टर बैंडविड्थ/संकल्प और ऑप्टिकल गुहा FSR में अग्रिम के साथ-सभी सेटअप के पदचिह्न को बढ़ाने के बिना .

QFC मंच के साथ यहां उल्लिखित, हम पीढ़ी और एक कॉंपैक्ट, पुनर्विन्यास, और व्यावहारिक तरीके में जटिल क्वांटम राज्यों के नियंत्रण का प्रदर्शन । हमारी योजनाओं के मुख्य आकर्षण एकल घटकों के साथ सभी राज्यों पर शुद्ध एकल फोटॉनों और वैश्विक प्रचालन की उच्च पीढ़ी की दरों के लिए क्षमता है, बड़े पैमाने पर उत्पादित, कम लागत, एकीकृत नैनोवायर चिप्स और सुलभ के रूप में दरिद्रता की अनुमति दूरसंचार अवयव । इस QFC मंच का प्रयोग, महत्वपूर्ण कदम क्वांटम सूचना प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों की ओर बना रहे हैं । उच्च दर पर क्वांटम संचार मल्टीप्लेक्स चैनलों के साथ साकार योग्य है, बहुत ही कुशल दरों पर सुरक्षित सूचना हस्तांतरण की अनुमति है, जबकि उच्च आयामी क्वांटम कंप्यूटिंग एक विकासशील क्षेत्र है कि मदद कर सकता है qubit की सीमाओं को दूर आधारित गणना३७.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

हम तकनीकी अंतर्दृष्टि के लिए आर Helsten धंयवाद; पी. कुंग QPS Photronics से मदद और प्रसंस्करण के उपकरण के लिए; साथ ही QuantumOpus और एन Bertone OptoElectronics घटकों के उनके समर्थन के लिए और हमें राज्य के अत्याधुनिक फोटॉन का पता लगाने के उपकरणों के साथ प्रदान करने के लिए । यह काम निंनलिखित वित्तपोषण स्रोतों द्वारा संभव बनाया गया था: प्राकृतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान कनाडा के परिषद (NSERC) (Steacie, सामरिक, डिस्कवरी, और त्वरण अनुदान योजनाओं, वाणी कनाडा स्नातक छात्रवृत्ति, USRA छात्रवृत्ति); Mitacs (IT06530) और PBEEE (२०७७४८); मेसी PSR-SIIRI पहल; कनाडा अनुसंधान कुर्सी कार्यक्रम; ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद डिस्कवरी परियोजनाएं (DP150104327); यूरोपीय संघ के क्षितिज २०२० मैरी Sklodowska-क्यूरी अनुदान (६५६६०७) के तहत अनुसंधान और नवाचार कार्यक्रम; CityU SRG-एफडी कार्यक्रम (७००४१८९); चीनी विज्ञान अकादमी (XDB24030300) के सामरिक प्राथमिकता अनुसंधान कार्यक्रम; लोग कार्यक्रम (मैरी क्यूरी क्रियाएं) यूरोपीय संघ के FP7 कार्यक्रम के तहत कारण अनुदान समझौते INCIPIT (PIOF-GA-2013-625466); ITMO फैलोशिप और प्रोफेसरी कार्यक्रम के माध्यम से रूसी संघ की सरकार (अनुदान ०७४-U 01); १००० प्रतिभा सिचुआन कार्यक्रम (चीन)

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Superconducting Nanowire Single-Photon Detector System Quantum Opus Opus One
Electro-optic phase modulator EO-Space Low loss model
Programmable filter Finisar  WaveShaper 4000s
Timing electronics PicoQuant HydraHarp 400
Micro-ring resonator 200 GHz FSR micro-ring resonator made from high refractive index glass. See Ref. 24 for platform details.
Erbium-doped fiber amplifier Keopsys PEFA-SP-C-PM-27-B202-FA-FA
Electro-optic amplitude modulator Oclaro  SD40
RF tone source Rohde & Schwarz SMP 04
RF tone amplifier RF-Lambda RFLUPA27G34GA
Function generator Tetronix AFG 3251
Isolator General Photonics NISO-S-15-SS-FC/APF
Oscilloscope Tetronix  TDS5052B
Photodiode Finisar XPDV 50 GHz
DWDM OptiWorks DWFUQUMD08BN
Power supply Madell CA18303D

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kimble, H. J. The quantum internet. Nature. 453 (7198), 1023-1030 (2008).
  2. Knill, E., Laflamme, R., Milburn, G. J. A scheme for efficient quantum computation with linear optics. Nature. 409 (6816), 46-52 (2001).
  3. Israel, Y., Rosen, S., Silberberg, Y. Supersensitive Polarization Microscopy Using NOON States of Light. Physical Review Letters. 112 (10), 103604 (2014).
  4. Ladd, T. D., Jelezko, F., Laflamme, R., Nakamura, Y., Monroe, C., O'Brien, J. L. Quantum Computing. Nature. 464 (7285), 45-53 (2010).
  5. Schaeff, C., Polster, R., Lapkiewicz, R., Fickler, R., Ramelow, S., Zeilinger, A. Scalable fiber integrated source for higher-dimensional path-entangled photonic quNits. Optics Express. 20 (15), 16145 (2012).
  6. Thew, R., Acin, A., Zbinden, H., Gisin, N. Experimental realization of entangled qutrits for quantum communication. Quantum Information and Computation. 4 (2), 93 (2004).
  7. Pasquazi, A., et al. Micro-combs: A novel generation of optical sources. Physics Reports. , (2017).
  8. Caspani, L., et al. Multifrequency sources of quantum correlated photon pairs on-chip: a path toward integrated Quantum Frequency Combs. Nanophotonics. 5 (2), 351-362 (2016).
  9. Kues, M., et al. On-chip generation of high-dimensional entangled quantum states and their coherent control. Nature. 546 (7660), 622-626 (2017).
  10. Olislager, L., et al. Frequency-bin entangled photons. Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics. 82 (1), 1-7 (2010).
  11. Lu, Y. J., Campbell, R. L., Ou, Z. Y. Mode-Locked Two-Photon States. Physical Review Letters. 91 (16), 1636021-1636024 (2003).
  12. Reimer, C., et al. Integrated frequency comb source of heralded single photons. Optics Express. 22 (6), 6535-6546 (2014).
  13. Reimer, C., et al. Cross-polarized photon-pair generation and bi-chromatically pumped optical parametric oscillation on a chip. Nature Communications. 6, 8236 (2015).
  14. Grassani, D., et al. Micrometer-scale integrated silicon source of time-energy entangled photons. Optica. 2 (2), 88 (2015).
  15. Reimer, C., et al. Generation of multiphoton entangled quantum states by means of integrated frequency combs. Science. 351 (6278), 1176-1180 (2016).
  16. Mazeas, F., et al. High-quality photonic entanglement for wavelength-multiplexed quantum communication based on a silicon chip. Optics Express. 24 (25), 28731 (2016).
  17. Imany, P., et al. Demonstration of frequency-bin entanglement in an integrated optical microresonator. Conference on Lasers and Electro-Optics. 62 (19), JTh5B.3 (2017).
  18. Roztocki, P., et al. Practical system for the generation of pulsed quantum frequency combs. Optics Express. 25 (16), 18940 (2017).
  19. Haus, H. A. Mode-locking of lasers. IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics. 6 (6), 1173-1185 (2000).
  20. Walmsley, I., Raymer, M. Toward Quantum-Information Processing with Photons. Science. 307, 1733-1735 (2005).
  21. Olislager, L., Woodhead, E., Phan Huy, K., Merolla, J. M., Emplit, P., Massar, S. Creating and manipulating entangled optical qubits in the frequency domain. Physical Review A - Atomic, Molecular, and Optical Physics. 89 (5), 1-8 (2014).
  22. Finisar WaveShaper Software. , Available from: https://www.finisar.com/optical-instrumentation (2018).
  23. Capmany, J., Fernández-Pousa, C. R. Quantum model for electro-optical phase modulation. Journal of the Optical Society of America B. 27 (6), A119 (2010).
  24. Stocklin, F. Relative sideband amplitudes versus modulation index for common functions using frequency and phase modulation. , (1973).
  25. Thew, R. T., Nemoto, K., White, A. G., Munro, W. J. Qudit quantum-state tomography. , 1-6 (2002).
  26. Moss, D. J., Morandotti, R., Gaeta, A. L., Lipson, M. New CMOS-compatible platforms based on silicon nitride and Hydex for nonlinear optics. Nature Photonics. 7 (8), 597-607 (2013).
  27. Caspani, L., et al. Integrated sources of photon quantum states based on nonlinear optics. Light: Science & Applications. 6 (11), e17100 (2017).
  28. Guo, X., Zou, C., Schuck, C., Jung, H., Cheng, R., Tang, H. X. Parametric down-conversion photon-pair source on a nanophotonic chip. Light: Science & Applications. 6 (5), e16249 (2016).
  29. Jiang, W. C., Lu, X., Zhang, J., Painter, O., Lin, Q. Silicon-chip source of bright photon pairs. Optics Express. 23 (16), 20884 (2015).
  30. Xiong, C., et al. Slow-light enhanced correlated photon pair generation in a silicon photonic crystal waveguide. Optics Letters. 36 (17), 3413 (2011).
  31. Kumar, R., Ong, J. R., Savanier, M., Mookherjea, S. Controlling the spectrum of photons generated on a silicon nanophotonic chip. Nature communications. 5, 5489 (2014).
  32. Shan, X., Cleland, D., Ellis, A. Stabilising Er fibre soliton laser with pulse phase locking. Electronics Letters. 28 (2), 182 (1992).
  33. Shan, X., Spirit, D. M. Novel method to suppress noise in harmonically modelocked erbium fibre lasers. Electronics Letters. 29 (11), 979-981 (1993).
  34. Thoen, E. R., Grein, M. E., Koontz, E. M., Ippen, E. P., Haus, H. A., Kolodziejski, L. A. Stabilization of an active harmonically mode-locked fiber laser using two-photon absorption. Optics Letters. 25 (13), 948 (2000).
  35. Harvey, G. T., Mollenauer, L. F. Harmonically mode-locked fiber ring laser with an internal Fabry-Perot stabilizer for soliton transmission. Optics Letters. 18 (2), 107 (1993).
  36. Gee, S., Quinlan, F., Ozharar, S., Delfyett, P. J. Simultaneous optical comb frequency stabilization and super-mode noise suppression of harmonically mode-locked semiconductor ring laser using an intracavity etalon. IEEE Photonics Technology Letters. 17 (1), 199-201 (2005).
  37. Babazadeh, A., et al. High-Dimensional Single-Photon Quantum Gates: Concepts and Experiments. Physical Review Letters. 119 (18), 1-6 (2017).

Tags

इंजीनियरिंग अंक १३६ क्वांटम प्रकाशिकी एकीकृत नैनोवायर उपकरणों मोड-बंद पराबैंगनीकिरण रैखिक प्रकाशिकी चार लहर मिश्रण आवृत्ति कंघी उच्च आयामी राज्यों
स्पंदित क्वांटम आवृत्ति कंघी की पीढ़ी और सुसंगत नियंत्रण
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

MacLellan, B., Roztocki, P., Kues,… More

MacLellan, B., Roztocki, P., Kues, M., Reimer, C., Romero Cortés, L., Zhang, Y., Sciara, S., Wetzel, B., Cino, A., Chu, S. T., Little, B. E., Moss, D. J., Caspani, L., Azaña, J., Morandotti, R. Generation and Coherent Control of Pulsed Quantum Frequency Combs. J. Vis. Exp. (136), e57517, doi:10.3791/57517 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter