सतत तरंग ऑप्टिकल पैरामीट्रिक Oscillators के साथ प्रकाश के क्वांटम राज्य इंजीनियरिंग
Summary
हम ऑप्टिकल पैरामीट्रिक oscillators द्वारा उत्सर्जित गैर शास्त्रीय प्रकाश पर संचालित एक सशर्त तैयारी विधि का उपयोग कर, एकल फोटान राज्यों और सुसंगत राज्य superpositions सहित ऑप्टिकल क्षेत्रों, यात्रा की गैर गाऊसी राज्यों की विश्वसनीय पीढ़ी का वर्णन. प्रकार मैं और प्रकार द्वितीय चरण से मिलान oscillators माना जाता है और इस तरह के आवश्यक आवृत्ति फ़िल्टरिंग या homodyning द्वारा उच्च दक्षता क्वांटम राज्य लक्षण वर्णन के रूप में आम प्रक्रियाओं, विस्तृत कर रहे हैं.
Abstract
विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की गैर शास्त्रीय राज्य इंजीनियरिंग क्वांटम प्रकाशिकी 1,2 के लिए एक केंद्रीय खोज है. उनके मौलिक महत्व के अलावा, इस तरह के राज्यों वास्तव में बढ़ाया मैट्रोलोजी से क्वांटम संचार और कंप्यूटिंग को लेकर विभिन्न प्रोटोकॉल को लागू करने के लिए संसाधन हैं. उपकरणों की एक किस्म में एक ऐसे उत्सर्जक, प्रकाश बात इंटरफेस या गैर रेखीय सिस्टम के रूप में 3 गैर शास्त्रीय राज्यों उत्पन्न करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. हम एक सतत तरंग ऑप्टिकल पैरामीट्रिक थरथरानवाला 3,4 के उपयोग पर यहाँ ध्यान केंद्रित. यह प्रणाली एक ऑप्टिकल गुहा के अंदर डाला एक गैर रेखीय χ 2 क्रिस्टल पर आधारित है और यह अब ऐसे एकल मोड या क्रिस्टल के आधार पर दो मोड निचोड़ा शून्य के रूप में गैर शास्त्रीय प्रकाश, का एक बहुत ही कुशल स्रोत के रूप में जाना जाता है चरण मिलान.
अपने वर्ग निकालना वितरण एक गाऊसी आँकड़े के रूप में निर्वात निचोड़ा एक गाऊसी राज्य है. हालांकि, यह प्रोटोकॉल गैर Gaus आवश्यकता की संख्या दिखाया गया हैSian 5 राज्यों. सीधे ऐसे राज्यों सृजन एक मुश्किल काम है और मजबूत χ 3 गैर linearities की आवश्यकता होगी. संभाव्य लेकिन शुरुआत की एक प्रक्रिया, गाऊसी राज्यों पर संचालित एक सशर्त तैयारी तकनीक के माध्यम से एक माप प्रेरित गैर linearity का उपयोग करने में शामिल है. इधर, प्राथमिक संसाधन के रूप में दो अलग ढंग चरण से मिलान पैरामीट्रिक oscillators का उपयोग कर दो गैर गाऊसी राज्यों, फोटोन ही राज्य और सुसंगत राज्यों के एक superposition, के लिए हम विस्तार से इस पीढ़ी प्रोटोकॉल. इस तकनीक को एक अच्छी तरह से नियंत्रित spatiotemporal मोड में लक्षित राज्य और राज्य की पीढ़ी के साथ एक उच्च निष्ठा की उपलब्धि में सक्षम बनाता है.
Introduction
ऑप्टिकल क्षेत्रों यात्रा की क्वांटम राज्य इंजीनियर की क्षमता क्वांटम संचार, कम्प्यूटिंग और मैट्रोलोजी सहित क्वांटम सूचना विज्ञान और प्रौद्योगिकी 1, के लिए एक केंद्रीय आवश्यकता है. यहाँ, हम एक प्राथमिक संसाधन के रूप में सीमा से नीचे संचालित सतत तरंग ऑप्टिकल पैरामीट्रिक oscillators 3,4 द्वारा उत्सर्जित प्रकाश का उपयोग कुछ विशिष्ट क्वांटम राज्यों की तैयारी और लक्षण पर चर्चा की. विशेष रूप से, दो प्रणालियों पर विचार किया जाएगा – एक प्रकार द्वितीय चरण से मिलान OPO और एक प्रकार मैं OPO – क्रमशः की शुरुआत एकल फोटॉनों की और ऑप्टिकल सुसंगत राज्य superpositions (सीएसएस) के फार्म का यानी राज्यों की विश्वसनीय पीढ़ी को सक्षम | α > – |-α>. इन राज्यों में रैखिक ऑप्टिकल अभिकलन क्वांटम 6 से ऑप्टिकल संकर प्रोटोकॉल 5,7 लेकर क्वांटम सूचना प्रोटोकॉल की एक किस्म के कार्यान्वयन के लिए महत्वपूर्ण संसाधनों, कर रहे हैं. गौरतलब है कि विधि पी यहाँ resented एक अच्छी तरह से नियंत्रित spatiotemporal मोड में निर्वात और उत्सर्जन के एक कम मिश्रण प्राप्त करने के लिए परमिट.
सामान्य शब्दों में, क्वांटम राज्यों Wigner समारोह डब्ल्यू (एक्स, पी) 8 बुलाया चरण अंतरिक्ष में अर्ध संभावना वितरण के आकार के अनुसार गाऊसी राज्यों और गैर गाऊसी राज्यों के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है. गैर गाऊसी राज्यों के लिए, Wigner समारोह, गैर classicality के एक मजबूत हस्ताक्षर नकारात्मक मान ले सकते हैं. एकल फोटान या सुसंगत राज्य superpositions वास्तव में गैर गाऊसी राज्यों रहे हैं.
ऐसे राज्यों को पैदा करने के लिए एक कुशल प्रक्रिया एक प्रारंभिक गाऊसी संसाधन ऐसे फोटॉन गिनती 9,10,11,12,13 के रूप में एक तथाकथित गैर गाऊसी माप के साथ संयुक्त है, जहां सशर्त तैयार करने की तकनीक, के रूप में जाना जाता है. यह सामान्य योजना, संभाव्य लेकिन शुरुआत हुई, चित्रा 1 ए पर sketched है.
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चित्रा 1. (एक) सशर्त तैयारी तकनीक का वैचारिक योजना. (ख) orthogonally-polarized फोटोन जोड़े (प्रकार द्वितीय OPO) से फोटोन ही राज्य की सशर्त तैयारी एक ध्रुवीकरण बीम फाड़नेवाला पर अलग कर दिया. एक निर्वात निचोड़ा राज्य से एक एकल फोटान घटाकर एक सुसंगत राज्य superposition (ग) सशर्त तैयारी (प्रकार मैं OPO).
एक द्विपक्षीय उलझ राज्य की एक विधा को मापने के द्वारा, अन्य मोड इस माप पर और प्रारंभिक उलझ संसाधन 12,13 पर निर्भर करेगा कि एक राज्य में अनुमान है.
Aforementioned राज्यों उत्पन्न करने की जरूरत के लिए आवश्यक संसाधन और घोषणा डिटेक्टर क्या हैं? एकल फोटान राज्यों जुड़वां उपयोग कर मुस्कराते हुए उत्पन्न किया जा सकता है, मुस्कराते हुए यानी फोटोन संख्या सहसंबद्ध. एक एकल पी का पता लगाने केएक मोड पर hoton तो अन्य मोड 9,10,14,15 पर एक एकल फोटान की पीढ़ी heralds. एक आवृत्ति पतित प्रकार द्वितीय OPO 16,17,18,19 वास्तव में इस उद्देश्य के लिए एक अच्छी तरह से अनुकूल स्रोत है. सिग्नल और आलसी व्यक्ति फोटॉनों फोटोन संख्या सहसंबद्ध और orthogonal polarizations साथ उत्सर्जित कर रहे हैं. चित्रा 1 बी में दिखाया के रूप में एक ध्रुवीकरण मोड पर एक एकल फोटान का पता लगाने, एक एकल फोटान राज्य में एक दूसरे परियोजनाओं.
सुसंगत राज्य superpositions के संबंध में, वे 11,21 रूपांतरण से नीचे या एक से टाइप मैं 22,23 opo या तो प्राप्त एक निर्वात निचोड़ा राज्य में 20 से स्पंदित एकल पास पैरामीट्रिक द्वारा एक एकल फोटान घटाकर द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है. घटाव एक बीम फाड़नेवाला पर प्रकाश का एक छोटा सा अंश दोहन और इस विधा में एक एकल फोटान (चित्रा -1 सी) का पता लगाने के द्वारा किया जाता है. एक निचोड़ा निर्वात इस प्रकार एक एकल फोटान सुराग घटाकर, यहां तक कि फोटोन संख्या राज्यों के एक superposition हैबराबर और छोटे आयाम के दो सुसंगत राज्यों की एक रेखीय superposition के साथ एक उच्च निष्ठा है जो अजीब फोटोन संख्या राज्यों के एक superposition के लिए. इस कारण से, नाम 'Schrödinger बिल्ली का बच्चा' कभी कभी इस राज्य को दिया गया है.
इन राज्यों पैदा करने के लिए सामान्य प्रक्रिया इस प्रकार के समान है, लेकिन प्राथमिक प्रकाश स्रोत से अलग है. घोषणा पथ और पता लगाने की तकनीक का छनन OPO के प्रकार प्रयोग किया जाता है जो कुछ भी वही कर रहे हैं. कैसे सतत तरंग ऑप्टिकल पैरामीट्रिक oscillators से इन दो गैर गाऊसी राज्यों उत्पन्न करने के लिए और कैसे उच्च दक्षता के साथ उन्हें चिह्नित करने के लिए प्रोटोकॉल के विस्तार की वर्तमान श्रृंखला.
Protocol
Representative Results
Discussion
यहाँ प्रस्तुत सशर्त तैयारी तकनीक हमेशा प्रारंभिक द्विपक्षीय संसाधन और घोषणा डिटेक्टर द्वारा प्रदर्शन माप के बीच परस्पर क्रिया है. इन दोनों घटकों दृढ़ता से उत्पन्न राज्य के क्वांटम गुण प्रभावित करत?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम के युग नेट CHIST युग '(QScale' परियोजना) द्वारा और ईआरसी शुरू कर अनुदान 'HybridNet' द्वारा समर्थित है. एफ बारबोसा सीएनआर और FAPESP, और लालकृष्ण हुआंग चीन के राष्ट्रीय उत्कृष्ट डॉक्टरेट शोध प्रबंध (PY2012004) के लेखक और चीन छात्रवृत्ति परिषद के लिए फाउंडेशन की सहायता से समर्थन मानता है. सी. Fabre और जे Laurat Institut Universitaire डे फ्रांस के सदस्य हैं.
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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