الدولة الكم هندسة الضوء مع استمرار موجة حدودي البصرية المذبذبات
Summary
نحن تصف الجيل موثوقة من الدول غير التمويه من السفر المجالات البصرية، بما في ذلك الدول واحدة من الفوتون وتراكبات متماسكة الدولة، وذلك باستخدام طريقة إعداد مشروطة تعمل على ضوء غير الكلاسيكية المنبعثة من مؤشرات التذبذب حدودي البصرية. تعتبر النوع الأول والنوع الثاني مؤشرات التذبذب مطابقة المرحلة والإجراءات المشتركة، مثل تصفية التردد المطلوب أو ذات الكفاءة العالية وتوصيف الحالة الكمومية التي كتبها homodyning، هي مفصلة.
Abstract
الهندسة الدول غير الكلاسيكية للمجال الكهرومغناطيسي هو السعي المركزية للبصريات الكم 1،2. أبعد من أهميتها الأساسية، مثل هذه الدول هي في الواقع الموارد اللازمة لتنفيذ البروتوكولات المختلفة، بدءا من تعزيز المقاييس إلى التواصل الكم والحوسبة. مجموعة متنوعة من الأجهزة يمكن أن تستخدم لتوليد الدول غير التقليدية، مثل بواعث واحدة، واجهات خفيفة المسألة أو أنظمة غير الخطية 3. ونحن نركز هنا على استخدام المستمر الموجة الضوئية حدودي مذبذب 3،4. ويستند هذا النظام على χ غير الخطية 2 الكريستال إدراجها داخل تجويف بصري والآن معروفة بأنها مصدر فعالة جدا من الضوء غير التقليدية، مثل طريقة واحدة أو وضع اثنين من فراغ تقلص اعتمادا على الكريستال مرحلة مطابقة.
فراغ تقلص دولة التمويه على النحو التالي توزيعات التربيع لإحصاءات التمويه. ومع ذلك، فقد تبين أن عدد من البروتوكولات تتطلب غير غاوس-سيان تنص 5. توليد مباشرة هذه الدول هي مهمة صعبة وتتطلب χ قوية غير linearities 3. إجراء آخر، ولكن الاحتمالية بشرت، يتكون في استخدام اللاخطية التي يسببها قياس عبر تقنية إعداد مشروطة تعمل على الدول جاوس. هنا، ونحن من التفصيل هذا الجيل بروتوكول للدولتين غير التمويه، ودولة واحدة من الفوتون وتراكب الدول متماسكة، وذلك باستخدام اثنين من مختلف المتطابقة مرحلة التذبذب حدودي عن الموارد الأولية. هذه التقنية تتيح تحقيق الدقة العالية مع الدولة المستهدفة وجيل من الدولة في وضع الزمانية المكانية تسيطر عليها بشكل جيد.
Introduction
القدرة على مهندس الدولة الكم من السفر حقول البصرية هو مطلب مركزي للعلوم والتكنولوجيا 1 الكم من المعلومات، بما في ذلك الاتصالات الكم، والحوسبة والمقاييس. هنا، ونحن نناقش إعداد وتوصيف بعض الدول الكم محددة باستخدام كمورد أساسي للضوء المنبعث من استمرار موجة التذبذب حدودي البصرية 3،4 تعمل تحت عتبة. على وجه التحديد، سيتم النظر نظامان – وهو النوع الثاني OPO مطابقة المرحلة ونوع-I OPO – تمكين التوالي الجيل موثوقة من بشرت الفوتونات واحد وتراكبات البصرية متماسكة الدولة (CSS)، أي الدول من النموذج | α > – | α>. هذه الدول هي الموارد الهامة لتنفيذ مجموعة متنوعة من البروتوكولات المعلومات الكم، بدءا من الخطية الكم الضوئية حساب 6 إلى البروتوكولات الهجينة البصرية 5،7. إلى حد كبير، وطريقة ع استياء هنا يسمح الحصول على خليط منخفض من فراغ والانبعاثات إلى وضع الزمانية المكانية تسيطر عليها بشكل جيد.
وبصفة عامة، يمكن تصنيف الدول كدول الكم التمويه والدول غير التمويه وفقا لشكل توزيع شبه احتمال في الفضاء مرحلة تسمى فيغنر ظيفة W (س، ص) 8. بالنسبة للدول غير جاوس، ويمكن وظيفة فيغنر تأخذ القيم السلبية، توقيع قوي من غير كلاسيكاليتي. واحدة من الفوتون أو تراكبات متماسكة الدولة هي في الواقع الدول غير جاوس.
ومن المعروف إجراء كفاءة لتوليد دولا مثل تقنية إعداد المشروطة، حيث يتم الجمع بين موردا التمويه الأولي مع ما يسمى القياس غير التمويه مثل الفوتون العد 9،10،11،12،13. ورسم هذا المخطط العام، ولكن الاحتمالية بشرت، على الشكل 1A.
"FO: محتوى العرض =" 5IN "FO: SRC =" / files/ftp_upload/51224/51224fig1highres.jpg "سرك =" / files/ftp_upload/51224/51224fig1.jpg "/>
الشكل 1 (أ) مخطط المفاهيمي للتقنية إعداد الشرطي. (ب) إعداد الشرطي دولة واحدة من الفوتون من أزواج الفوتون المستقطب متعامد (النوع الثاني OPO) فصل على شعاع الخائن الاستقطاب. (ج) إعداد الشرطي تراكب متماسكة الدولة من خلال طرح والفوتون واحد من دولة فراغ تقلص (النوع الأول OPO).
عن طريق قياس وضع واحد من دولة ثنائية متشابكا، ومن المتوقع وضع الأخرى في الدولة التي سوف تعتمد على هذا القياس وعلى الموارد الأولية متشابكا 12،13.
ما هي الموارد المطلوبة وكشف عن التبشير اللازمة لتوليد الدول المذكورة آنفا؟ يمكن أن تتولد الدول أحادية الفوتون باستخدام الحزم التوأم، أي العدد الفوتون المترابطة الحزم. والكشف عن واحدة فhoton على وضع واحد ثم يبشر الجيل من الفوتون واحد على طريقة أخرى 9،10،14،15. A التردد المنحطة النوع الثاني OPO 16،17،18،19 هو في الواقع مصدر مناسبة تماما لهذا الغرض. إشارة والمهمل الفوتونات هي الفوتون عدد المترابطة والمنبعثة مع الاستقطابات متعامدة. الكشف عن واحدة من الفوتون على وضع الاستقطاب احد مشاريع والآخر في دولة واحدة من الفوتون، كما هو مبين في الشكل 1B.
فيما تراكبات متماسكة الدولة، فإنها يمكن أن تتولد عن طريق طرح على بعد فوتون واحد من حالة فراغ ضغط 20 تم الحصول عليها إما عن طريق نابض مرور واحد حدودي أسفل أو عن طريق التحويل 11،21 نوع-I OPO 22،23. يتم تنفيذ الطرح من خلال استغلال جزء صغير من الضوء على الحزم الخائن وكشف فوتون واحد في هذا الوضع (الشكل 1C). فراغ تقلص هو تراكب حتى الدول الفوتون العدد، وبالتالي طرح ويؤدي واحدة من الفوتونإلى تراكب الغريب الدول الفوتون العدد، والتي لديها الدقة العالية مع تراكب خطي من دولتين متماسكة من السعة متساوية وصغيرة. لهذا السبب، وقد أعطيت اسم 'شرودنغر القط' في بعض الأحيان لهذه الدولة.
الإجراء العامة لتوليد هذه الدول وبالتالي مماثلة، ولكن يختلف من مصدر الضوء الأساسي. تصفية المسار وكشف أساليب التبشير هي نفسها بغض النظر عن نوع OPO المستخدمة. هذه السلسلة من البروتوكولات بالتفصيل كيفية توليد هذه الدول غير جاوس اثنين من استمرار موجة التذبذب حدودي البصرية وكيفية تميز بها بكفاءة عالية.
Protocol
Representative Results
Discussion
تقنية إعداد المشروط المقدمة هنا هو دائما التفاعل بين الموارد الثنائية الأولية وقياس يؤديها كاشف التبشير. هذين العنصرين تأثيرا قويا على خصائص الكم للدولة ولدت.
الأولى، ونقاء من الدول مستعدة يعتمد بشدة على واحد من الموارد الأولية…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ويدعم هذا العمل من قبل إيرانيت CHIST-ERA (مشروع 'QScale') والمنحة بدءا ERC 'HybridNet'. يعترف F. باربوسا الدعم من لجنة المصالحة الوطنية وFAPESP، وK. هوانغ بدعم من مؤسسة لمؤلف الوطنية ممتاز الدكتوراه أطروحة الصين (PY2012004) ومجلس المنح الدراسية الصيني. C. فابر وJ. Laurat هي أعضاء في المعهد الجامعي فرنسا.
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 |
References
- Dell’Anno, F., et al. Multiphoton quantum optics and quantum state engineering. Phys. Reports. 428, 53-168 (2006).
- O’Brien, J. L., et al. Photonic quantum technologies. Nature Photon. 3, 687-695 (2009).
- Bachor, H. -. A., Ralph, T. C. . A guide to experiments in quantum optics. , (2004).
- Reid, M. D., et al. The Einstein-Podolsky-Rosen paradox: from concepts to applications. Rev. Mod. Phys. 81, 1727-1751 (2009).
- Van Loock, P. Optical hybrid approaches to quantum information. Laser & Photonics Review. 5, 167-200 (2011).
- Knill, E., et al. A scheme for efficient quantum computation with linear optics. Nature. 409, 46-52 (2001).
- Ralph, T. C., et al. Quantum computation with optical coherent states. Phys. Rev. A. 68, 042319 (2003).
- Leonhardt, U. . Measuring the quantum state of light. , (1997).
- Hong, C. K., Mandel, L. Experimental realization of a localized one-photon state. Phys. Rev. Lett. 56, 58-60 (1986).
- Lvovsky, A. I., et al. Quantum state reconstruction of the single-photon Fock state. Phys. Rev. Lett. 87, (2001).
- Ourjoumtsev, A., et al. Generating optical Schrödinger kittens for quantum information processing. Science. 312, 83-86 (2006).
- D’Auria, V., et al. Effect of the heralding detector properties on the conditional generation of single-photon states. Eur. Phys. Journ. D. 66, 249 (2012).
- D’Auria, V., et al. Quantum decoherence of single-photon counters. Phys. Rev. Lett. 107, (2011).
- Huisman, S. R., et al. Instant single-photon Fock state tomography. Opt. Lett. 34, 2739-2741 (2009).
- Morin, O., et al. High-fidelity single-photon source based on a Type II optical parametric oscillator. Opt. Lett. 37, 3738-3740 (2012).
- Ou, Z. Y., et al. Realization of the Einstein-Podolski-Rosen paradox for continuous variables. Phys. Rev. Lett. 68, 3663-3666 (1992).
- Laurat, J., et al. . Type-II Optical Parametric Oscillator: a versatile source of quantum correlations and entanglement in Quantum information with continuous-variables of atoms and light. , (2005).
- Laurat, J., et al. Compact source of Einstein-Podolski-Rosen entanglement and squeezing at very low noise frequencies. Phys. Rev. A. 70, (2004).
- D’Auria, V., et al. Full characterization of Gaussian bipartite entangled states by a single homodyne detector. Phys. Rev. Lett. 102, (2009).
- Dakna, M., et al. Generating Schrödinger-cat-like states by means of conditional measurements on a beam splitter. Phys. Rev. A. 55, 3184-3194 (1997).
- Gerrits, T., et al. Generation of optical coherent-state superpositions by number-resolved photon subtraction from the squeezed vacuum. Phys. Rev. A. 82, (2010).
- Neergaard-Nielsen, J. S., et al. Generation of a Superposition of Odd Photon Number States for Quantum Information Networks. Phys. Rev. Lett. 97, (2006).
- Wakui, K., et al. Photon subtracted squeezed states generated with periodically poled KTiOPO4. Opt. Express. 15, 3568-3574 (2007).
- Kumar, R., et al. Versatile wideband balanced detector for quantum optical homodyne tomography. Optics Com. 285, 5259-5267 (2012).
- Nielsen, A. E. B., Mølmer, K. Single-photon-state generation from a continuous-wave nondegenerate optical parametric oscillator. Phys. Rev. A. 75, (2007).
- Morin, O., et al. Experimentally accessing the optimal temporal mode of traveling quantum light states. Phys. Rev. Lett. 111, 213-602 (2013).
- Lvovsky, A. I., Raymer, M. G. Continuous-variable optical quantum-state tomography. Rev. Mod. Phys. 81, 299-332 (2009).
- Marek, P., Fiurasek, J. Elementary gates for quantum information with superposed coherent states. Phys. Rev. A. 82, (2010).
- Morin, O., et al. Remote creation of hybrid entanglement between particle-like and wave-like optical qubits. Nat. Photonics. Eprint. , (2013).
