Протокол представлен практический поколения и последовательной обработки высокой мерных частоты bin запутанные Фотон государств с использованием интегрированных микро полостей и стандартные телекоммуникационные компоненты, соответственно.
Мы представляем метод для поколения и последовательной обработки импульсных квантовой частоты Комбс. До сих пор методы подготовки высокой мерного государств на чипе практическим образом остается недостижимой из-за растущей сложности квантовых схем, необходимых для подготовки и обработки таких государств. Здесь, мы приводим как высокий мерных, частота bin запутанные, два Фотон государства могут быть собраны в поколение стабильной, высокая скорость с помощью вложенных полости, активно к морю режим возбуждения нелинейного микро-полости. Этот метод используется для производства импульсных квантовой частоты Расчески. Кроме того мы представляем как квантовых состояний может быть последовательно манипулировать, используя стандартные телекоммуникационные компоненты, такие как Программируемые фильтры и электро оптические модуляторы. В частности мы покажем в деталях, как для выполнения измерений характеристик государственного реконструкции матрицы плотности, совпадение обнаружение и определение спектра одиночных фотонов. Представленные методы формируют доступной, реконфигурируемых и масштабируемую основу для сложных высокого мерного государства подготовки и обработки протоколов в частотной области.
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 фотоны14,15 , 16, мульти Фотон государства15, и частота bin запутанные государств9,17. 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.
Оптических частот домен, через QFCs, выгодно в квантовой приложений для целого ряда причин. Операции являются глобальными, Исполняющий обязанности на все государства одновременно, что приводит в дизайн, который не масштаб размера или сложности как увеличение размерности государства. Эт?…
Мы благодарим р. Helsten за техническую информацию; P. Кунг от QPS Photronics за помощь и оборудование для обработки; а также QuantumOpus и N. Бертоне оптоэлектронные компоненты за их поддержку и за предоставление нам Фотон искусство обнаружения оборудования. Эта работа стала возможной благодаря следующие источники финансирования: естественные науки и инженерных исследований Совет из Канады (СЕНТИ) (Steacie, стратегических, обнаружения и ускорение грантов схем, Ванье Канада Магистратура стипендии, Стипендия УСРА); Mitacs (IT06530) и PBEEE (207748); МЭСИ PSR-СИИРИ инициатива; Канада Председатель исследовательской программы; Австралийский исследовательский совет открытие проектов (DP150104327); Европейский союз Horizon 2020 исследований и инновационной программы под Марии Склодовской-Кюри Грант (656607); Программа CityU SRG-Fd (7004189); Программа исследований стратегический приоритет Китайской академии наук (XDB24030300); Программа (Мари Кюри действия) люди FP7 программы Европейского союза по соглашению ри Грант INCIPIT (PIOF-GA-2013-625466); Правительство Российской Федерации через НИУ ИТМО стипендий и профессора программа (Грант 074-U 01); Программа 1000 таланты Сычуань (Китай)
Superconducting Nanowire Single-Photon Detector System | Quantum Opus | Opus One | |
Electro-optic phase modulator | EO-Space | Low loss model | |
Programmable filter | Finisar | WaveShaper 4000s | |
Timing electronics | PicoQuant | HydraHarp 400 | |
Micro-ring resonator | 200 GHz FSR micro-ring resonator made from high refractive index glass. See Ref. 24 for platform details. | ||
Erbium-doped fiber amplifier | Keopsys | PEFA-SP-C-PM-27-B202-FA-FA | |
Electro-optic amplitude modulator | Oclaro | SD40 | |
RF tone source | Rohde & Schwarz | SMP 04 | |
RF tone amplifier | RF-Lambda | RFLUPA27G34GA | |
Function generator | Tetronix | AFG 3251 | |
Isolator | General Photonics | NISO-S-15-SS-FC/APF | |
Oscilloscope | Tetronix | TDS5052B | |
Photodiode | Finisar | XPDV 50 GHz | |
DWDM | OptiWorks | DWFUQUMD08BN | |
Power supply | Madell | CA18303D |