Квантовая государственный инженерно Света с непрерывной волны параметрических генераторов
Summary
Опишем надежную поколение негауссовских состояний путешествия световых полей, в том числе одно-фотонных состояний и когерентное состояние суперпозиции, используя условный способ получения управляется на неклассической света, излучаемого оптических параметрических генераторов. Фазовые соответствием осцилляторы типа I и типа II рассматриваются и общие процедуры, такие как необходимого частотной фильтрации или высокопроизводительного квантового состояния характеристик по гомодинирование, подробно.
Abstract
Инженерно неклассические состояния электромагнитного поля является центральным стремление к квантовой оптики 1,2. Помимо их фундаментальное значение, такие состояния действительно ресурсы для реализации различных протоколов, начиная от повышения метрологии для квантовой связи и вычислительной техники. Разнообразные устройства могут быть использованы для создания неклассические состояния, такие как одиночных излучателей, интерфейсы светло-материи или нелинейных систем 3. Мы сосредоточимся на использовании непрерывного излучения ПГС 3,4. Эта система основана на нелинейный χ 2 кристалла вставленной внутри оптического резонатора и в настоящее время известен как очень эффективный источник неклассической света, например, одномодовому или двухмодового сжатого вакуума в зависимости от кристалла согласование фаз.
Сжатый вакуум является гауссовским государство как ее распределения квадратурных следовать гауссовой статистике. Тем не менее, было показано, что количество протоколы требуют нон-Gausсийской заявляет 5. Создание непосредственно такие состояния является сложной задачей и потребует сильной χ 3 нелинейности. Другой способ, вероятностный но предвестником, состоит в использовании измерений, вызванных нелинейностью через методике условного подготовки оперировал гауссовских состояний. Здесь мы подробно протокол это поколение в течение двух негауссовских государств, государства однофотонном и суперпозиции когерентных состояний, с использованием двух-разному фазовые соответствием параметрических генераторов в качестве первичных ресурсов. Этот метод позволяет достижение высокого верности с целевой государства и поколения государства в хорошо контролируемых пространственно-временной режим.
Introduction
Возможность инженер квантовое состояние путешествия оптические поля является центральным требованием для квантовой информатики и технологии 1, в том числе квантовой связи, вычислительной техники и метрологии. Здесь мы рассмотрим подготовку и характеристику некоторых конкретных квантовых состояний, используя в качестве основного ресурса свет, испускаемый непрерывного излучения оптических параметрических генераторов 3,4 эксплуатируемых ниже порога. В частности, две системы будут рассмотрены – фазовый соответствием ОПГ типа II и типа I ОПГ – позволяет соответственно надежную поколение возвестил одиночных фотонов и оптических когерентных государственных суперпозиции (CSS), т.е. состояний вида | α > – |-α>. Эти государства обладают большими возможностями для реализации различных квантовых информационных протоколов, начиная от линейного оптического квантового вычисления 6 оптических гибридных протоколов 5,7. Важно отметить, что метод р возмущало здесь позволяет получить низкую примесь вакуума и излучения в хорошо управляемой пространственно-временной режим.
Вообще говоря, квантовые состояния могут быть классифицированы как гауссовских состояний и негауссовских государств в соответствии с формой распределения квази-вероятностей в фазовом пространстве называется Вигнера функция W (х, р) 8. Для негауссовских государств, функция Вигнера может принимать отрицательные значения, сильный подпись не-классичности. Однофотонная или когерентное состояние суперпозиции действительно негауссовы государства.
Эффективной процедуры для генерации таких состояний, как известно как условного метода подготовки, где начальная гауссова ресурс в сочетании с так называемым негауссовой измерения, таких как счета фотонов 9,10,11,12,13. Эта общая схема, вероятностный, но возвестил, намечено на рисунке 1а.
"FO: контент-ширины =" 5 дюймов "FO: SRC =" / files/ftp_upload/51224/51224fig1highres.jpg "Первоначально" / files/ftp_upload/51224/51224fig1.jpg "/>
Рисунок 1. (А) Концептуальная схема условного способа приготовления. (Б) Условное подготовка государства однофотонном от ортогонально-поляризованных пар фотонов (тип-II ПГС) разделяются на поляризационный светоделитель. (С) Условный подготовка согласованной государственной суперпозиции путем вычитания однофотонной из сжатого вакуума (тип-я ОПГ).
Измеряя один режим двудольного запутанном состоянии, другой режим прогнозируется в состояние, будет зависеть от этого измерения и от начального запутанного ресурса 12,13.
Каковы требуемый ресурс и детектор провозглашать, необходимые для создания вышеупомянутых государств? Одно-фотонные состояния могут быть получены с использованием односпальные лучи, то есть числа фотонов коррелирует балки. Обнаружение одной-пHoton на одном режиме, то предвещает поколение одной-фотона на другой режим 9,10,14,15. Вырожденным по частоте типа II OPO 16,17,18,19 действительно хорошо подходит источник для этой цели. Сигнальной и холостой фотоны числа фотонов коррелирует и испускаются с ортогональных поляризаций. Обнаружение однофотонной на одной поляризационной моды проекты другую в состояние однофотонном, как показано на рисунке 1b.
Что касается когерентное состояние суперпозиции, они могут быть получены путем вычитания однофотонной из сжатого вакуума 20, полученного либо импульсного однопроходном параметрического рассеяния 11,21 или типа-я ОПГ 22,23. Вычитание выполняется нажатием малую часть света на светоделитель и обнаружения однофотонной в этом режиме (рис. 1в). Сжатый вакуум представляет собой суперпозицию даже числа фотонов государств, таким образом, вычитая однофотонного приводитк суперпозиции нечетных числа фотонов государств, который имеет высокую точность с линейной суперпозиции двух когерентных состояний равного и малой амплитудой. По этой причине, название 'Шредингера котенок "иногда было уделено этом состоянии.
Общий порядок создания этих государств, таким образом, похожи, но отличается от первичного источника света. Фильтрация пути и обнаружения предвещая одинаковы независимо от используемых тип ОПГ. Настоящий серия протоколов подробно, как генерировать эти два негауссову государства от непрерывного излучения оптических параметрических генераторов и как охарактеризовать их с высокой эффективностью.
Protocol
Representative Results
Discussion
Методика условно подготовка представлены здесь всегда взаимодействие между начальной двустороннего ресурса и измерения, выполняемого детектора предвещая. Эти два компонента сильно влиять квантовые свойства генерируемого государства.
Во-первых, чистота полученных с?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа проводится при поддержке ERA-NET Чисть-ЭРА (проект "QScale '), а также ERC начиная гранта» HybridNet ". Ф. Барбоса признает поддержку от КНП и FAPESP, К. Хуан поддержки от Фонда авторе Национального Отличная докторской диссертации Китая (PY2012004) и совета по стипендиям Китая. С. Фабр и Дж. Лора являются членами Института Университетский де Франс.
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 |
References
- Dell’Anno, F., et al. Multiphoton quantum optics and quantum state engineering. Phys. Reports. 428, 53-168 (2006).
- O’Brien, J. L., et al. Photonic quantum technologies. Nature Photon. 3, 687-695 (2009).
- Bachor, H. -. A., Ralph, T. C. . A guide to experiments in quantum optics. , (2004).
- Reid, M. D., et al. The Einstein-Podolsky-Rosen paradox: from concepts to applications. Rev. Mod. Phys. 81, 1727-1751 (2009).
- Van Loock, P. Optical hybrid approaches to quantum information. Laser & Photonics Review. 5, 167-200 (2011).
- Knill, E., et al. A scheme for efficient quantum computation with linear optics. Nature. 409, 46-52 (2001).
- Ralph, T. C., et al. Quantum computation with optical coherent states. Phys. Rev. A. 68, 042319 (2003).
- Leonhardt, U. . Measuring the quantum state of light. , (1997).
- Hong, C. K., Mandel, L. Experimental realization of a localized one-photon state. Phys. Rev. Lett. 56, 58-60 (1986).
- Lvovsky, A. I., et al. Quantum state reconstruction of the single-photon Fock state. Phys. Rev. Lett. 87, (2001).
- Ourjoumtsev, A., et al. Generating optical Schrödinger kittens for quantum information processing. Science. 312, 83-86 (2006).
- D’Auria, V., et al. Effect of the heralding detector properties on the conditional generation of single-photon states. Eur. Phys. Journ. D. 66, 249 (2012).
- D’Auria, V., et al. Quantum decoherence of single-photon counters. Phys. Rev. Lett. 107, (2011).
- Huisman, S. R., et al. Instant single-photon Fock state tomography. Opt. Lett. 34, 2739-2741 (2009).
- Morin, O., et al. High-fidelity single-photon source based on a Type II optical parametric oscillator. Opt. Lett. 37, 3738-3740 (2012).
- Ou, Z. Y., et al. Realization of the Einstein-Podolski-Rosen paradox for continuous variables. Phys. Rev. Lett. 68, 3663-3666 (1992).
- Laurat, J., et al. . Type-II Optical Parametric Oscillator: a versatile source of quantum correlations and entanglement in Quantum information with continuous-variables of atoms and light. , (2005).
- Laurat, J., et al. Compact source of Einstein-Podolski-Rosen entanglement and squeezing at very low noise frequencies. Phys. Rev. A. 70, (2004).
- D’Auria, V., et al. Full characterization of Gaussian bipartite entangled states by a single homodyne detector. Phys. Rev. Lett. 102, (2009).
- Dakna, M., et al. Generating Schrödinger-cat-like states by means of conditional measurements on a beam splitter. Phys. Rev. A. 55, 3184-3194 (1997).
- Gerrits, T., et al. Generation of optical coherent-state superpositions by number-resolved photon subtraction from the squeezed vacuum. Phys. Rev. A. 82, (2010).
- Neergaard-Nielsen, J. S., et al. Generation of a Superposition of Odd Photon Number States for Quantum Information Networks. Phys. Rev. Lett. 97, (2006).
- Wakui, K., et al. Photon subtracted squeezed states generated with periodically poled KTiOPO4. Opt. Express. 15, 3568-3574 (2007).
- Kumar, R., et al. Versatile wideband balanced detector for quantum optical homodyne tomography. Optics Com. 285, 5259-5267 (2012).
- Nielsen, A. E. B., Mølmer, K. Single-photon-state generation from a continuous-wave nondegenerate optical parametric oscillator. Phys. Rev. A. 75, (2007).
- Morin, O., et al. Experimentally accessing the optimal temporal mode of traveling quantum light states. Phys. Rev. Lett. 111, 213-602 (2013).
- Lvovsky, A. I., Raymer, M. G. Continuous-variable optical quantum-state tomography. Rev. Mod. Phys. 81, 299-332 (2009).
- Marek, P., Fiurasek, J. Elementary gates for quantum information with superposed coherent states. Phys. Rev. A. 82, (2010).
- Morin, O., et al. Remote creation of hybrid entanglement between particle-like and wave-like optical qubits. Nat. Photonics. Eprint. , (2013).
