Sürekli dalga Optik Parametrik Osilatörler ile Işığın kuantum Devlet Mühendislik
Summary
Biz optik parametrik osilatör tarafından yayılan non-klasik ışık işletilen bir koşullu hazırlama yöntemi kullanılarak, tek foton devletler ve tutarlı bir devlet superpositions dahil optik alanları, seyahat olmayan Gauss devletlerin güvenilir nesil açıklar. Tip I ve tip-II faz-eşleşti osilatörler olarak kabul edilir ve bu gibi gerekli frekans filtreleme veya homodyning tarafından yüksek verimli kuantum devlet karakterizasyonu gibi ortak işlemler, detaylı vardır.
Abstract
Elektromanyetik alanın klasik olmayan devletlerin mühendislik kuantum optik 1,2 için merkezi bir görevdir. Onların temel önemde ötesinde, bu tür devletlerin gerçekten gelişmiş metroloji kuantum iletişim ve bilgisayar arasında değişen, çeşitli protokoller uygulanması için kaynaklar vardır. Çeşitli cihazlar bu tip bir tekli vericiler, hafif madde arayüzleri ya da doğrusal olmayan sistemler 3 gibi klasik olmayan durumları, oluşturmak için kullanılabilir. Bir sürekli dalga optik parametrik osilatör 3,4 kullanımına burada odaklanır. Bu sistem, bir optik boşluğunun içine sokulan bir doğrusal olmayan χ 2 kristal dayanır ve şu anda bu tek modlu veya kristal bağlı olarak iki-modlu sıkılmış vakum olmayan klasik ışık, çok etkili bir kaynak olarak iyi bilinir faz eşleme.
Onun dördün dağılımları Gauss istatistikleri aşağıdaki gibi sıkılmış vakum bir Gauss durumdur. Ancak, bu protokolleri olmayan Gaus gerektiren bu sayı gösterilmiştirsian 5 devletler. Doğrudan bu tür durumları oluşturma zor bir iştir ve güçlü χ 3 lineer olmayan gerektirecektir. Olasılıklı ama müjdeledi başka prosedür, Gauss devletlere işletilen bir koşullu hazırlama tekniği ile ölçüm kaynaklı doğrusalsızlık kullanarak oluşur. Burada, birincil kaynaklar olarak iki farklı faz uyumlu parametrik osilatörler kullanarak olmayan iki Gauss devletler, tek foton devlet ve tutarlı devletlerin bir süperpozisyon için biz detay bu nesil protokol. Bu teknik bir iyi-kontrollü zamanmekansal modunda hedeflenen devlet ve devletin nesil bir yüksek sadakat ulaşmanızı sağlar.
Introduction
Optik alanları seyahat kuantum durumunu mühendisi yeteneği kuantum iletişim, bilgisayar ve metroloji dahil kuantum bilgi bilim ve teknoloji 1, için merkezi bir gerekliliktir. Burada, birincil kaynak olarak eşiğin altında işletilen sürekli dalga optik parametrik osilatör 3,4 yaydığı ışık kullanarak belirli bazı kuantum devletlerin hazırlanması ve karakterizasyonu tartışmak. Özellikle, iki sistem kabul edilecektir – bir tip-II faz-uyumlu OPO ve tip-I OPO – sırasıyla müjdeledi tek foton ve optik tutarlı devlet superpositions (CSS), form, yani devletlerin güvenilir nesil sağlayan | α > – |-α>. Bu devletler lineer optik kuantum hesaplama 6 hibrit optik protokollere 5,7 arasında değişen kuantum bilgi protokolleri çeşitli uygulanması için önemli kaynaklar vardır. Önemli bir şekilde, bu yöntem p Burada reddetmiş iyi kontrollü zamanmekansal moduna vakum ve emisyon düşük bir karışımını elde edilmesini mümkün kılar.
Genel olarak konuşursak, kuantum devletler Wigner fonksiyonu W (x, p) 8 denilen faz uzayında yarı olasılık dağılımının şekline göre Gauss devletler ve non-Gauss devletler olarak sınıflandırılabilir. Olmayan Gauss devletler için, Wigner işlevi olmayan classicality güçlü bir imza negatif değerler alabilir. Tek foton veya tutarlı devlet süperpozisyonları aslında olmayan Gauss devletler vardır.
Bu tür durumları üretilmesi için etkili bir yöntem, bir ilk kaynak gibi Gaussian foton sayma 9,10,11,12,13 olarak adlandırılan bir non-Gauss ölçümü ile birleştirilir koşullu hazırlama tekniği olarak bilinir. Bu genel şema, olasılık ama habercisi, Şekil 1a üzerinde planlanır.
"Fo: İçerik-width =" 5in "fo: src =" / files/ftp_upload/51224/51224fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51224/51224fig1.jpg "/>
Şekil 1,. (A) koşullu hazırlama tekniğine kavramsal şeması. (B) dik-polarize foton çiftleri (tip-II AFE) den tek foton devlet Şartlı hazırlanması bir polarize ışın splitter üzerinde ayrıldı. Sıkılmış bir vakum devlet bir tek foton çıkarılarak tutarlı bir devlet süperpozisyon (c) Koşullu hazırlığı (tip-I AFE).
Bir bipartit dolaşmış devletin bir mod ölçerek, diğer mod bu ölçüm ve ilk dolaşmış kaynak 12,13 bağlıdır bir duruma yansıtılır.
Anılan durumlarını oluşturmak için gerekli gerekli kaynak ve habercisi dedektör nelerdir? Tek foton devletler ikiz kirişler kullanılarak oluşturulabilir, kirişler yani foton-numarasını ilişkilidir. Tek-p tespititek modunda Hoton sonra diğer moda 9,10,14,15 tek-foton kuşağı habercisidir. Bir frekans, dejenere tip-II OPO 16,17,18,19 gerçekten de bu amaç için çok uygun bir kaynağıdır. Sinyal ve avara fotonlar foton sayısı korelasyon ve dik kutuplaşmalar ile yayılan vardır. Şekil 1b'de gösterildiği gibi, bir polarizasyon modunda tek foton algılama, tek foton duruma diğerini yansıtır.
Tutarlı devlet superpositions gelince, onlar 11,21 dönüşüm-aşağı ya da bir tarafından tip-I 22,23 OPO ya elde sıkılmış bir vakum devlet 20 darbeli tek-geçişli parametrik tek bir foton çıkarılarak oluşturulabilir. Çıkarma, bir ışın dağıtıcı üzerindeki ışığın küçük bir bölümünü çekme ve bu modda tek foton (Şekil 1c) tespit edilmesi ile gerçekleştirilir. Bir sıkılmış vakum böylece tek-foton yol çıkarılarak, hatta foton-sayı devletlerin bir süperpozisyon olduğunueşit ve küçük genlikli iki tutarlı devletlerin doğrusal süperpozisyon ile yüksek sadakat sahip tek foton sayısı devletler, bir süperpozisyon için. Bu nedenle, adı 'Schrödinger'in kedi' bazen bu devlete verilmiştir.
Bu durumları üretilmesi için genel prosedür, böylece benzer, ancak, birincil ışık kaynağı ile farklılık gösterir. Heralding yol ve algılama teknikleri Filtreleme OPO türü kullanılıyor olursa olsun aynıdır. Nasıl sürekli dalga optik parametrik osilatör bu iki non-Gauss durumlarını oluşturmak ve nasıl yüksek verimlilik ile karakterize etmek protokolleri ayrıntı mevcut serisi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada sunulan koşullu hazırlama tekniği her zaman ilk ikili kaynak ve habercisi dedektör tarafından gerçekleştirilen ölçüm arasında bir etkileşim olduğunu. Bu iki bileşen, güçlü bir şekilde oluşturulan devlet kuantum özelliklerini etkiler.
İlk olarak, hazırlanan devletlerin saflığı şiddetle böylece 'iyi' OPO gerekli, ilk kaynağın biri bağlıdır. Bir 'iyi' OPO nedir? Bu kaçış verim η birlik yakın olduğu için bir cihazdır. Parametre η ol…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma ERA-NET Chist-ERA ('QScale' projesi) tarafından ve ERC başlangıç hibe 'HybridNet' tarafından desteklenmektedir. F. Barbosa CNR ve FAPESP ve K. Huang Çin Ulusal Mükemmel Doktora Tezi (PY2012004) Yazarı ve Çin Burs Konseyi Vakfı destek gelen desteği kabul eder. C. Fabre ve J. Laurat Institut Universitaire de France üyeleridir.
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).
