Quantum Estadual de Engenharia de Luz com onda contínua Optical Parametric osciladores
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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), ou seja, estados de forma | α > – |-α>. Esses estados são importantes recursos para a execução de uma variedade de protocolos de informação quântica, que vão desde linear computação quântica óptica 6 a protocolos híbridos ópticos 5,7. Significativamente, o método p ressentido aqui permite a obtenção de uma mistura de baixo vácuo e o nível de emissões para um modo de espaço-temporal bem controlada.
De um modo geral, os estados quânticos podem ser classificados como membros de Gauss e estados não-Gaussiana de acordo com a forma da distribuição quase probabilidade no espaço de fase denominada função Wigner W (x, p) 8. Para os estados não-Gauss, a função de Wigner pode assumir valores negativos, uma forte assinatura de não classicality. Fótons simples ou superposições coerentes estaduais são de fato estados não-gaussianas.
Um processo eficiente para a geração de tais estados é conhecida como a técnica de preparação condicional, em que um recurso de Gauss inicial é combinado com uma chamada medição não-Gaussiana, tais como contagem de fotões 9,10,11,12,13. Este regime geral, mas probabilística anunciada, é esboçado na Figura 1a.
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Figura 1. (A) Esquema conceptual da técnica de preparação condicional. (B) preparação condicional do estado de fóton único de pares de fótons ortogonalmente polarizadas (tipo II OPO) separados em um divisor de feixe de polarização. (C) preparação condicional de uma superposição de estados coerentes, subtraindo um único fóton de um estado de vácuo espremido (tipo I OPO).
Ao medir um modo de um estado emaranhado bipartido, o outro modo é projetado em um estado que dependem desta medida e que o recurso inicial emaranhado 12,13.
Quais são os recursos e detector proclamação necessária para gerar os estados acima mencionados? Estados de fóton único podem ser gerados usando feixes gêmeos, ou seja, photon-número vigas correlacionados. A detecção de um único photon em um modo em seguida, anunciar a geração de um único fotão de outro modo 9,10,14,15. Uma frequência degenerada tipo II OPO 16,17,18,19 é de facto uma fonte bem adaptado para esta finalidade. Fótons de sinal e inativos são fóton-número correlacionados e emitida com polarizações ortogonais. A detecção de um único fotão de um modo de polarização projecta a outra em um estado de um fotão, como mostrado na Figura 1b.
Relativamente sobreposições estado coerentes, que pode ser gerado por subtracção de um único fotão de um estado de vácuo espremido 20 obtido por pulsada paramétricos de uma única passagem de conversão para baixo 11,21 ou por um tipo I OPO 22,23. A subtração é feita tocando uma pequena fração da luz em um feixe divisor e detectar um único fóton neste modo (Figura 1c). Um vácuo espremido é uma superposição de estados, mesmo fóton-numéricas, subtraindo, assim, um único fóton levaa uma superposição de estados de fótons-número ímpar, que tem uma alta fidelidade com uma superposição linear de dois estados coerentes de amplitude igual e pequenos. Por este motivo, o nome 'Schrödinger gatinho "às vezes tem sido dada a este estado.
O procedimento geral para a geração destes estados é, portanto, semelhante, mas difere por a fonte de luz primária. Filtragem das técnicas de detecção de caminho e anunciando são os mesmos qualquer que seja o tipo de OPO utilizada. A presente série de protocolos de detalhes como gerar esses dois estados não-gaussianos de onda contínua osciladores paramétricos ópticos e como caracterizá-los com alta eficiência.
Protocol
Representative Results
Discussion
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 próxim…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho é apoiado pela ERA-NET chist-ERA (projeto 'QScale') e pela ERC concessão de partida "HybridNet '. F. Barbosa agradece o apoio da CNR e FAPESP, e K. Huang o apoio da Fundação para o Autor da National Excelente Tese de Doutorado da China (PY2012004) e do Conselho de Bolsas de Estudo da China. C. e J. Fabre Laurat são membros do Institut Universitaire de France.
Materials
| Pump laser | Innolight | Diabolo | Dual output, IR and 532 nm |
| KTP and PPKTP crystal | Raicol | Available from other vendors | |
| Interferential filters | Barr associates | ||
| High efficiency photodiodes | Fermionics | Quantum efficiency above 97% | |
| Oscilloscope | Lecroy | Wave runner 610 Zi | Used for data acquisition |
| Spectrum analyser | Agilent | N9000A | Available from other vendors |
| Faraday rotator | Qioptic | FR-1060-5SC | Available from other vendors |
| PZT | PI | P-016.00H | Available from other vendors |
| Superconducting single-photon detectors | Scontel | SSPD | low dark counts |
| Optical switch | Thorlabs | OSW12-980E | Available from other vendors |
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