Staatliche Ingenieur Quantum of Light mit Dauerwellen-Optische parametrische Oszillatoren
Summary
Wir beschreiben die zuverlässige Erzeugung von nicht-Gauß-Staaten reisen optischen Bereichen, einschließlich der Ein-Photonen-Zustände und Überlagerungen kohärenten Zustand, mit einer bedingten Herstellungsverfahren auf der nicht-klassischen Licht durch optische parametrische Oszillatoren emittiert betrieben. Typ-I und Typ-II-phasenangepaßte Oszillatoren betrachtet und üblichen Verfahren, wie beispielsweise die gewünschte Frequenz zu filtern oder Hocheffizienzquantenzustand Charakterisierung homodyning, ausführlich beschrieben.
Abstract
Engineering nicht-klassischen Zuständen des elektromagnetischen Feldes ist eine zentrale Aufgabe für Quantenoptik 1,2. Über ihre grundlegende Bedeutung sind solche Zustände tatsächlich die Ressourcen für die Umsetzung verschiedener Protokolle, die von verbesserten Messtechnik zur Quantenkommunikation und Datenverarbeitung. Eine Vielzahl von Vorrichtungen kann verwendet werden, um nicht-klassischen Zuständen, wie Einzelstrahler Licht-Materie-Schnittstellen oder nichtlineare Systeme 3 zu erzeugen. Wir konzentrieren uns hier auf die Verwendung einer Dauerstrich-optischen parametrischen Oszillator 3,4. Dieses System basiert auf einer nichtlinearen χ 2-Kristall innerhalb eines optischen Hohlraums eingefügt basiert und es ist jetzt bekannt als eine sehr effiziente Quelle für nicht-klassischen Licht, wie beispielsweise Einzelmoden-oder zwei-Modus gedrückt Vakuum je nach Kristall Phasenanpassung.
Zwängt Vakuum ist ein Gauß-Zustand als Quadratur-Distributionen folgen ein Gauß-Statistik. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Anzahl der Protokolle erfordern nicht gezeigt Gaussischen Staaten 5. Generieren direkt solche Staaten ist eine schwierige Aufgabe und würden starke χ 3 Nichtlinearitäten erforderlich. Ein weiteres Verfahren, probabilistische aber angekündigt, besteht in der Verwendung eines Messinduzierte Nichtlinearität über eine bedingte Präparationstechnik auf Gauß-Staaten betrieben wird. Hier haben wir ausführlich diese Generation Protokoll für zwei nicht-Gauß-Staaten, die Single-Photon-Zustand und eine Überlagerung von kohärenten Zuständen, mit zwei unterschiedlich phasenangepassten parametrische Oszillatoren als primäre Ressourcen. Diese Technik ermöglicht das Erreichen einer hohen Wiedergabetreue mit der gezielten staatlichen und Generation des Staates in einer gut kontrollierten Raum-Zeit-Modus.
Introduction
Die Fähigkeit, den Quantenzustand des Reisens optische Felder Ingenieur ist eine zentrale Voraussetzung für die Quanteninformationswissenschaft und-Technologie ein, darunter Quantenkommunikation, Computer-und Messtechnik. Hier diskutieren wir die Herstellung und Charakterisierung von einigen spezifischen Quantenzuständen, wobei als primäre Ressource des von Dauerstrich-optischen parametrischen Oszillatoren 3,4 unterhalb der Schwelle betrieben emittiert. Insbesondere werden zwei Systeme in Betracht gezogen werden – eine Typ-II-Phase abgestimmt OPO und einen Typ-I-OPO – damit jeweils die zuverlässige Erzeugung der angekündigten Single-Photonen und von optischen kohärenten Zustand Lagerungen (CSS), dh Staaten der Form | α > – |-α>. Diese Staaten sind wichtige Ressourcen für die Umsetzung einer Vielzahl von Quanteninformationsprotokollen, die von linearen optischen Quantencomputer 6 bis optischen Hybrid-Protokolle 5,7. Deutlich wird das Verfahren p hier übel ermöglicht den Erhalt einer geringen Beimischung von Vakuum und der Emission in einem gut kontrollierten Raum-Zeit-Modus.
Generell können Quantenzustände als Gauß-Staaten und Nicht-Gauß-Staaten nach der Form der Quasi-Wahrscheinlichkeitsverteilung im Phasenraum die Wigner-Funktion W (x, p) 8 genannt klassifiziert werden. Für nicht-Gauß-Staaten kann die Wigner-Funktion negative Werte annehmen, eine starke Signatur nicht Klassizität. Einzel-Photonen-oder kohärenten Zustand Lagerungen sind in der Tat nicht-Gauß-Staaten.
Ein effizientes Verfahren zur Erzeugung solcher Zustände wird als die bedingte Präparationstechnik, wobei eine erste Gauß-Ressource mit einem sogenannten nicht-Gaußschen Messung wie Photonenzählung 9,10,11,12,13 kombiniert bekannt. Dieses allgemeine Schema, probabilistische aber angekündigt, ist auf Abbildung 1a skizziert.
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Abbildung 1. (A) Begriffsschema der bedingten Präparationstechnik. (B) Herstellung von Conditional Einzelphotonenzustand von orthogonal polarisierten Photonenpaare (Typ-II-OPO) auf einen polarisierenden Strahlteiler getrennt. (C) Bedingtes Herstellung einer kohärenten Überlagerungszustand durch Subtrahieren einer Ein-Photonen aus einem gepressten Vakuumzustand (Typ-I-OPO).
Durch die Messung ein Modus eines zweiseitigen verschränkten Zustand, der andere Modus in einem Staat, der auf dieser Messung und der ersten Ressource verstrickt 12,13 abhängen wird projiziert.
Was sind die erforderlichen Ressourcen-und heralding Detektor benötigt, um die oben genannten Staaten zu generieren? Mit zwei Einzelstrahlen Einzel-Photonen-Zustände erzeugt werden, dh Photonen-Zahl korreliert Balken. Der Nachweis von Single-photon auf einen Modus läutet dann die Erzeugung eines Einzelphotonen auf den anderen Modus 9,10,14,15. Eine Frequenz-entarteten Typ-II-OPO 16,17,18,19 ist in der Tat eine gut geeignete Quelle für diesen Zweck. Signal-und Idler-Photonen Photonenzahl korreliert und mit orthogonalen Polarisationen emittiert. Erfassen eines Einzelphotonen auf einem Polarisationsmodus projiziert das andere in einer Einzelphotonenzustand, wie in Fig. 1b gezeigt.
Was kohärenten Zustand Überlagerungen, können sie durch Subtraktion eines Einzelphotonen aus einer gepressten Vakuumzustand 20 erhalten, entweder durch gepulste Single-Pass-parametrische Abwärtskonvertierung 11,21 oder durch eine Typ-I-OPO 22,23 erzeugt werden. Die Subtraktion wird, indem ein kleiner Anteil des Lichtes auf einen Strahlteiler und zum Erfassen eines Einzelphotonen in diesem Modus (1c) durchgeführt. Ein Vakuum gepresst ist eine Überlagerung von noch Photonenzahlzustände, so Subtrahieren einer Single-Photon-Leitungeneiner Überlagerung von ungeraden Anzahl Photonen-Zustände, die eine hohe Wiedergabetreue mit einer linearen Überlagerung zweier kohärenter Zustände gleich und kleiner Amplitude hat. Aus diesem Grund hat sich der Name "Schrödingers Katze" manchmal, um diesen Zustand gegeben.
Das allgemeine Verfahren zur Erzeugung dieser Zustände ist somit ähnlich, unterscheidet sich jedoch von der Primärlichtquelle. Filterung der heralding Weg-und Nachweisverfahren sind die gleichen, was die Art der OPO verwendet. Die vorliegende Reihe von Protokollen Detail, wie diese beiden nicht-Gauß-Staaten von Dauerstrich-optischen parametrischen Oszillatoren erzeugen und wie man sie mit hoher Effizienz zu charakterisieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die bedingte Präparationstechnik hier präsentiert wird, ist immer ein Zusammenspiel zwischen dem ursprünglichen zweiseitigen Ressource und der Messung durch den Detektor heralding durchgeführt. Diese beiden Komponenten stark beeinflussen die Quanteneigenschaften des erzeugten Zustand.
Erstens, die Reinheit der hergestellten Zustände hängt stark von der einer der ersten Ressourcen, also eine "gute" OPO erforderlich. Was ist eine "gute" OPO? Es ist ein Gerät für die…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wird durch das ERA-NET CHIST-ERA ('QScale "-Projekt) und der ERC Starting Grant" HybridNet' unterstützt. F. Barbosa erkennt die Unterstützung von CNR und FAPESP und K. Huang die Unterstützung von der Stiftung für den Autor des National Ausgezeichnete Dissertation von China (PY2012004) und der China Scholarship Council. C. und J. Fabre Laurat sind Mitglieder des 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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