Поколение и согласованного контроля импульсных квантовой частоты Комбс

Контроль за квантовых явлений открывает возможность для новых приложений в таких областях, как безопасное квантовой связи¹, мощные квантовой обработки информации²и квантовой зондирования³. В то время как активно изучаются различных физических платформ для реализации квантовых технологий⁴, оптических квантовых состояний являются важным кандидатами, как они могут exhibit раз длинные последовательности и стабильности от внешних шумов, отличные передача свойств, а также совместимость с существующими телекоммуникаций и технологий чип (CMOS) кремния.

На пути к полной реализации потенциала фотонов для квантовых технологий, состояние сложности и информационного содержания может быть увеличена за счет использования несколько запутанный сторон и/или высокой размерности. Однако на чипе поколения таких оптических государств не хватает практичности как установок являются сложными, не отлично масштабируемые и/или использовать высоко специализированные компоненты. В частности, требует высоких мерного пути запутывание когерентно возбужденных идентичные источники и разработать схемы луча сплиттеры⁵ (где это размерность государства), в то время как время запутывание потребностей комплекса Интерферометры мульти руки⁶. Удивительно,-частотное хорошо подходит для масштабируемых поколения и контроля сложных государств, как свидетельствуют ее недавние эксплуатации в квантовой частоты Расчески (QFC)^7,8 с помощью сочетания интегральной оптике и телекоммуникационной инфраструктуры⁹и представляет собой многообещающие рамки для будущих квантовой информационных технологий.

На чипе QFCs создаются с использованием нелинейных оптических эффектов в комплексной микро полостей. Используя такие нелинейные микро резонатор, два запутанных фотонов (отмечено как сигнал и отводные) производятся путем спонтанной Четырехволновое смешивания, через уничтожение двух фотонов возбуждения – с результирующей пара генерируется в суперпозиции полости режимы-равномерно резонансной частоты (рис. 1). Если есть согласованности между режимами отдельных частоты, частота bin запутанные государство является форматом¹⁰, который часто называют locked режиме два фотона состояние¹¹. Эта волна государство-функция может быть описана,

Здесь и являются сингл частоты режиме холостой и сигнала компонентов, соответственно, и является амплитуда вероятности для -й сигнал холостой режим пара.

Предыдущие демонстрации на чипе QFCs выделить их универсальность как жизнеспособной квантовой информации платформ и включают Расчески коррелированных фотоны¹², кросс поляризованных фотонов¹³, запутанные фотоны^{14,15 , 16}, мульти Фотон государства¹⁵, и частота bin запутанные государств^9,17. Здесь мы предоставляем подробный обзор платформы QFC и протокол для высоких мерных частоты bin запутанные поколение оптических государства и управления.

Будущее Квантовая приложений, особенно тех, чтобы быть сопряжена с высокоскоростным электроники (для своевременной обработки информации), требуют высокой скорости поколения высокой чистоты Фотон государств в компактный и стабильной установки. Мы используем схему активно режим блокировки, вложенные полости производить QFCs в пределах телекоммуникаций S, C и L частотных диапазонах. Микро кольцо включена в больших импульсных лазерных полость, с оптического усиления (предоставляемые эрбий допированном волокон усилителя EDFA) фильтруется в соответствии с пропускной способностью микро кольцо возбуждения¹⁸. Режим блокировки активно реализуется через-электрооптического модуляции полости потери¹⁹. Изолятор гарантирует, что пульс распространение единого направления. В результате пульс поезд имеет очень низкое Среднее квадратическое (СКО) шума и экспонаты перестраиваемый второгодников и пульс полномочия. Высокая изоляция узкополосный режекторный фильтр отделяет излучаемых фотонов QFC из поля возбуждения. Затем эти одного фотонов ориентируются на основе волокон для контроля и обнаружения.

Наша схема является шагом к высокая скорость создания, малогабаритный QFC источник, как все компоненты, используемые потенциально могут быть интегрированы в фотонных микросхему. Кроме того импульсного возбуждения особенно хорошо подходит для квантовой приложений. Во-первых глядя на пару микро полость резонансов симметричный для возбуждения, он создает два Фотон государства, где каждый фотон характеризуется одночастотный режим – Центральный для линейных оптических квантовых вычислений²⁰. Также, мульти Фотон государства может быть порождена переезда в более высокой мощности возбуждения режимов и выбрав несколько пар сигнал холостой¹⁵. Во-вторых как фотоны преобразуются в известное время windows соответствующий импульсным возбуждением, пост-обработки и стробирования может осуществляться для улучшения состояния обнаружения. Возможно наиболее значительно, наша схема поддерживает высокий поколения ставки Фотон государств с использованием гармонический режим блокировки без снижения совпадение случайное отношение (автомобиль) – который может проложить путь для высокоскоростных, многоканальный квантовой информации технологий.

Чтобы продемонстрировать влияние и возможности в частотной области, управления QFC государств должны быть выполнены в целевых путей, обеспечивая высокую эффективность преобразования и согласованности государственных. Для удовлетворения таких требований, мы используем каскадные Программируемые фильтры и фаза модуляторы-установленные компоненты в телекоммуникационной отрасли. Программируемые фильтры может использоваться для навязывания произвольных спектральных амплитуды и фазы маски на одного фотонов, с разрешением достаточно для решения каждой частоты режим индивидуально; и электро оптические этап модуляторы, движимый радиочастотного (RF) сигнала генераторов облегчить смешивания частота компоненты²¹.

Наиболее важным аспектом этой схемы управления является, что она работает на всех режимах квантовой фотонов одновременно в один пространственный режим, с помощью одного элемента управления элементами. Увеличение размерности квантового состояния не приведет к увеличению сложности установки, в отличие от пути или время Бен запутанность схемы. Также, все компоненты являются внешне реконфигурируемых (смысл операции могут быть изменены без изменения установки) и использование существующей телекоммуникационной инфраструктуры. Таким образом существующих и предстоящих событий в области сверхскоростной оптической обработки могут быть непосредственно переданы элемент масштабируемых квантовых состояний в будущем.

В резюме эксплуатация в частотной области, QFCs поддерживает высокий скорость генерации сложных квантовых состояний и их контроля и, таким образом хорошо подходит для использования сложных государств в отношении практических и масштабируемых квантовых технологий.