連続波光パラメトリック発振器の光の量子状態エンジニアリング
Summary
私たちは、光パラメトリック発振器により放出された非古典光で動作条件調製方法を使用して、単一光子状態とコヒーレント状態の重ね合わせなどの光学分野を、走行非ガウス状態の信頼性の生成を説明します。タイプIとタイプIIの位相整合発振器を考慮し、このような必要な周波数フィルタリングまたはホモダイニングによる高効率量子状態の特性評価などの一般的な手順は、詳述されている。
Abstract
電磁界の非古典状態をエンジニアリングすることは量子光学1,2の中心的な探求である。その基本的な意味を超えて、このような状態が強化された計測から量子通信とコンピューティングに至るまで、実に様々なプロトコルを実装するためのリソースです。様々なデバイスには、単一エミッタ、光-物質界面または非線形システム3のような非古典的な状態を生成することができる。我々は、連続波光パラメトリック発振器3,4の使用にここに焦点を当てる。このシステムは、光学キャビティの内部に挿入された非直線状のχ2結晶に基づいており、現在ではこのようなシングルモードまたは結晶に応じて2つのモード圧搾真空などの非古典光の非常に効率的な供給源としてよく知られている位相整合。
その直角分布はガウス統計に従うように絞った真空はガウス状態です。しかしながら、プロトコルの数は、非ガウスを必要とすることが示されているシャン状態5。直接そのような状態を生成することは困難な作業であり、強力なχ3非線形性を必要とする。しかし、確率予告別の手順は、ガウスの状態で動作条件付き調製技術を介して測定誘発非線形性を使用することにある。主なリソースとして異なる2つの位相整合パラメトリック発振器を使用してここでは、二つの非ガウス状態の詳細この世代プロトコル、単一光子状態とコヒーレント状態の重ね合わせ、。この手法は、十分に制御された時空間モードでのターゲットの状態と状態の発生に高忠実度の達成を可能にします。
Introduction
光学場を走行量子状態を設計する能力は、量子通信、コンピューティング、度量衡などの量子情報科学技術1、の中心的な要件です。ここでは、一次リソースとして閾値未満で動作連続波光パラメトリック発振器3,4からの光を用いて、いくつかの特定の量子状態の調製および特徴について議論する。具体的には、2つのシステムが考慮されます-タイプII位相整合OPOおよびI型OPO -それぞれ予告単一光子の信頼性の生成を可能にし、光コヒーレント状態の重ね合わせ（CSS）、形、すなわち状態の|α > – |-α>。これらの状態は、非線形光学量子計算6から光ハイブリッドプロトコル5,7に至るまで、量子情報のさまざまなプロトコルを実装するための重要な資源である。重要なことは、メソッドのP十分に制御された時空間モードに真空および放出の低い混合物を得ることが可能ここに憤慨。
一般的に言えば、量子状態は、ウィグナー関数W（x、p）は8と呼ばれる位相空間における準確率分布の形状に応じてガウシアン状態及び非ガウス状態として分類することができる。非ガウス状態の場合は、ウィグナー関数は、非古典的特質の強い署名を負の値を取ることができます。単一光子またはコヒーレント状態の重ね合わせは、確かに非ガウス状態です。
そのような状態を生成するための効率的な手順は、初期ガウスリソースがそのような光子計数9,10,11,12,13などのいわゆる非ガウス測定と組み合わされる、条件付き調製技術として知られている。しかし、確率予告この一般的スキームは、 図1aに描かれている。
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図1（A）、条件付き調製技術の概念図式。 （b）は、直交偏光子対（タイプ-IIのOPO）からの単一光子状態の条件付き調製は、偏光ビームスプリッタで分離した。圧搾真空状態から単一光子を減算することにより、コヒーレント状態の重ね合わせ（c）の条件付き調製（I型OPO）。
二部エンタングル状態の1モードを測定することで、他のモードは、この測定値に基づいて初期もつれリソース12,13に依存した状態に突出している。
上記の状態を生成するために必要な必要なリソースと告げる検出器は何ですか？単一光子状態は、ツインビームを用いて生成することができる、 すなわち、光子数が相関梁。シングルPの検出1モードでのhotonは、他のモード9,10,14,15上の単一光子の生成を告げる。周波数縮退タイプII OPO 16,17,18,19は確かに、この目的に最適のソースです。信号とアイドラー光子は光子の数と相関し、直交偏光を出射する。 図1bに示すように、1つの偏光モードで単一光子を検出することは、単一光子状態にし他方を投影する。
コヒーレント状態の重ね合わせについては、それらは、パルス状のシングルパス11,21によるパラメトリック下方変換又はタイプI OPO 22,23のいずれかによって得られた搾汁真空状態20から単一光子を減算することによって生成することができる。減算は、ビームスプリッタでの光のごく一部をタップすると、このモード（ 図1c）、単一光子を検出することにより行われる。スクイーズ真空は、このように単一光子リードを減算しても光子数状態の重ね合わせである等しく、小振幅の2つのコヒーレント状態の線形重ね合わせで高い忠実度を持つ奇数光子数状態の重ね合わせに。このような理由から、名前を 'シュレーディンガーの子猫は「時々、この状態が注目されている。
これらの状態を生成するための一般的な手順は、このように類似しているが、一次光源によって異なる。先触れパスおよび検出技術のフィルタリングは、OPOのタイプが使用されどのような同じです。連続波光パラメトリック発振器からこれら二つの非ガウス状態を生成する方法を、高効率でそれらを特徴付けるためにどのようなプロトコルの詳細画面の本シリーズ。
Protocol
Representative Results
Discussion
ここに提示され、条件付き調製技術は、いつも最初の二部リソースと告げる検出器による測定の間の相互作用である。これらの2つの成分が強く生成された状態の量子的特性に影響を与える。
まず、準備された状態の純度が強く、そのため「良い」、OPOが必要とされる初期リソースの1に依存している。 「良い」OPOとは何ですか？これは、エスケープ効率ηが1に近い?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、ERA-NET CHIST時代（ 'QScale'プロジェクト）により、およびERCの開始補助金」HybridNet」でサポートされています。 F·バルボサは、CNRとFAPESP、Kの黄中国国家優秀博士論文（PY2012004）、中国奨学金委員会の作成者のための財団からのサポートからのサポートを認めるものです。 C.ファーブルとJ. Lauratは研究所ユニ·ド·フランスのメンバーである。
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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