Ingeniería de la Luz con la onda continua Optical Parametric Oscillators Estado Quantum

La capacidad de diseñar el estado cuántico de viajar campos ópticos es un requisito fundamental para la ciencia de la información cuántica y la tecnología ^1, incluyendo la comunicación cuántica, computación y metrología. Aquí, se discute la preparación y caracterización de algunos estados cuánticos específicos utilizando como recurso principal la luz emitida por la onda continua osciladores paramétricos ópticos ^3,4 operados por debajo del umbral. En concreto, dos sistemas serán consideradas – un OPO emparejado fase de tipo-II y un tipo-I OPO – permitiendo respectivamente la generación confiable de fotones individuales anunciadas y de superposiciones ópticos coherentes estatales (CSS), es decir, los estados de la forma | α > – | α->. Estos estados son recursos importantes para la implementación de una variedad de protocolos de información cuántica, que van desde la computación cuántica óptica lineal ^{de 6} a protocolos híbridos ópticos ^5,7. Significativamente, el método de p resentido aquí permite la obtención de una mezcla de bajo vacío y la emisión a un modo de espacio-temporal bien controlada.

En términos generales, los estados cuánticos se pueden clasificar como estados Gaussianos y los estados no gaussiana de acuerdo con la forma de la distribución cuasi-probabilidad en el espacio de fase se llama la función de Wigner W (x, p) ^8. Para los estados no gaussiana, la función de Wigner puede tomar valores negativos, una fuerte firma de la no-clasicismo. Único fotón o superposiciones estatales coherentes son de hecho los estados no Gaussianos.

Un procedimiento eficaz para la generación de tales estados se conoce como la técnica de preparación condicional, donde un recurso gaussiana inicial se combina con una denominada medición no gaussiana como ^{9,10,11,12,13} recuento de fotones. Este esquema general, probabilístico sino anunciada, es esbozada en la Figura 1a.

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Figura 1. (A) Esquema conceptual de la técnica de preparación condicional. (B) preparación condicional de estado de fotón único de pares de fotones polarizados ortogonalmente-OPO (tipo II) separó en un divisor de haz polarizante. (C) preparación condicional de una superposición estado coherente restando un solo fotón a partir de un estado de vacío exprimido (tipo I OPO).

Mediante la medición de un modo de un estado entrelazado bipartito, el otro modo se proyecta en un estado que depende de esta medida, y que los recursos enredado inicial ^12,13.

¿Cuáles son los recursos necesarios, y el detector anunciando necesaria para generar los estados antes mencionados? Estados de fotón único se pueden generar utilizando vigas dobles, es decir, de fotones número correlacionado vigas. La detección de una sola p-Hoton en un modo de entonces anuncia la generación de un único fotón en el otro modo de ^9,10,14,15. Una frecuencia-degenerada de tipo II OPO ^16,17,18,19 es de hecho una fuente muy adecuado para este propósito. Señal y locas fotones son fotones número correlacionados y emiten con polarizaciones ortogonales. La detección de un único fotón en un modo de polarización proyecta el otro en un estado de fotón único, como se muestra en la Figura 1b.

En cuanto a superposiciones estatales coherentes, que pueden ser generados por restando un único fotón de un estado vacío comprimido ²⁰ obtenida ya sea por paramétrico de un solo paso de impulsos de conversión descendente ^11,21 o por una de tipo I OPO ^22,23. La resta se realiza pulsando una pequeña fracción de la luz en un divisor de haz y la detección de un único fotón en este modo (Figura 1c). Un vacío comprimido es una superposición de estados de fotones incluso numéricas, restando así un plomos de fotón únicoa una superposición de estados de fotón-número impar, que tiene una alta fidelidad con una superposición lineal de dos estados coherentes de amplitud igual y pequeña. Por esta razón, el nombre de "Schrödinger gatito" a veces se le ha dado a este estado.

El procedimiento general para la generación de estos estados es por lo tanto similar, pero difiere por la fuente de luz principal. Filtrado de la trayectoria y la detección de las técnicas que anuncia son los mismos sea cual sea el tipo de OPO utiliza. La presente serie de protocolos de detalle cómo generar estos dos estados no gaussiana de osciladores paramétricos ópticos de onda continua y cómo caracterizarlas con alta eficiencia.