Diese Arbeit wird durch das ERA-NET CHIST-ERA (&#39;QScale &quot;-Projekt) und der ERC Starting Grant&quot; HybridNet&#39; unterstützt. F. Barbosa erkennt die Unterstützung von CNR und FAPESP und K. Huang die Unterstützung von der Stiftung für den Autor des National Ausgezeichnete Dissertation von China (PY2012004) und der China Scholarship Council. C. und J. Fabre Laurat sind Mitglieder des Institut Universitaire de France.

1. Optical Parametric Oscillator <ol><li> Erstellen Sie eine 4 cm lange semimonolithic linearen Hohlraum (für eine verbesserte mechanische Stabilität und reduziert Intracavity Verluste). Der Eingangsspiegel direkt auf einer Fläche des nichtlinearen Kristall beschichtet. </li><li> Wählen eines Eingangskopplers Reflexion von 95% für die Pumpe bei 532 nm und hoher Reflexion für die Signal-und Leerlauf bei 1.064 nm auf. Umgekehrt, wählen die stark reflektierenden Ausgangskoppler für die Pumpe zu sein, und der Transmissionsgrad T = 10% für die Infrarot. Der freie Spektralbereich des OPO ist gleich Δω = 4,3 GHz und die Bandbreite liegt bei 60 MHz. Machen Sie den Hohlraum dreifach resonant, dh für die Pumpe und für die Down-Felder umgewandelt. </li><li> Verwenden Sie ein KTP-Kristall für den Typ-II-OPO-System oder einem PPKTP Kristall für den Typ-I-OPO. Temperatur-Stabilisierung der Kristalle bei ihrer Phase-Matching-Temperaturen. </li><li> Verwendung als Laserquelle ein Dauerstrichfrequenzverdoppelten Nd: YAG-Laser. Pumpen Sie den OPO bei 532 nm und verwenden Sie die inInfrarotlicht, nach räumlichen Filterung durch eine Hoch Finesse Hohlraum (Modus Reiniger), als Lokaloszillator (LO) für den Homodyndetektion. </li><li> Erreichen die Modenanpassung zwischen der Pumpe und dem Hohlraum-Modus. </li><li> Sperren Sie die Hohlraumlänge an der Pumpe von der Resonanz Pound-Drever-Hall-Technik. Zu diesem Zweck wenden eine 12 MHz elektrooptische Modulation der Pumpe und detektieren das Licht aus dem Hohlraum mit einem optischen Isolator zurückreflektiert. </li></ol> 2 Bedingte Zubereitung:. Filtern der Heralding Pfad <ol><li> Trennen Sie die OPO-Ausgabe in zwei Modi. Eine entspricht der heralding Modus, während der andere ist der Staat angekündigt, die von der Homodyndetektion erkannt wird. </li><li> Führen Sie die heralding Modus auf die Einzelphotonendetektor. Insbesondere für die Typ-II-OPO, trennen Sie die orthogonalen Signal-und Leerlaufmodus durch einen Polarisationsstrahlteiler (PBS). Für den Typ-I-OPO, tippen Sie auf einen kleinen Bruchteil (3%) der gepressten Vakuum durch einStrahlteiler (BS). </li><li> Filtern Sie die heralding Modus, um die Frequenz nicht entarteten Moden aufgrund der OPO Höhle zu entfernen. Für einen OPO, enthält der Ausgang der Tat viele paarweise korreliert, aber spektral getrennten Betriebsarten, ω 0 + ω und ω N &amp;Dgr; 0-N &amp;Dgr; ω, wobei n eine ganze Zahl ist. Um eine eingeläutet Zustand bei der Trägerfrequenz zu generieren, ist es notwendig, um herauszufiltern, alle diese Modi nicht entartet. <ol><li> Verwenden eines ersten Interferenzfilter mit einer Bandbreite von 0,5 nm auf. </li><li> Fügen Sie eine hausgemachte lineare Fabry-Perot-Kavität mit einem freien Spektralbereich von 330 GHz und einer Bandbreite von 300 MHz (Länge ca. 0,4 mm und Finesse rund 1.000). Der Hohlraum Bandbreite größer gewählt als der des OPO und dem freien Spektralbereich größer als das Frequenzfenster des Interferenzfilter sein werden. </li><li> Erzielen mindestens 25 dB ein Gesamtzurückweisung der nicht entarteten Moden. </li></ol></li><li> Sperren Sie die Filter Fabry-Perot-Hohlraum, der durch die Dither-and-Lock-Technik. <ol><li> Hierzu injizieren einen sich rückwärts ausbreitenden Hilfsträger mittels eines optischen Schalters und verwerfen am Eingang der Filterhohlraum mit einem optischen Isolator. Erfassen das Licht am Ausgang. </li><li> Sperren Sie den Hohlraum während 10 ms und starten Sie nach dem Messzeitraum für 90 ms mit dem Hilfsstrahl aus. </li></ol></li><li> Erfassen die gefilterten heralding Modus durch einen Einzelphotonendetektor in der Messperiode. Eine supraleitende Einzelphotonendetektor (SSPD) wird verwendet, um die Menge der Dunkelrauschen (wenige Hz), die sonst die Treue der bedingten Zustand verschlechtern begrenzen. </li></ol> 3. Quantenzustand Tomographie durch Homodyndetektion <ol><li> Ermitteln Sie die angekündigten Zustand mit einer ausgewogenen Homodyndetektion einer 50/50 Strahlteiler, wo das Feld zu charakterisieren und zu einer starken Dauerstrich-Lokaloszillator (LO, 6 mW) zusammengesetzt sind, gebracht, sich einzumischen, und ein Paar von hoher Quanten effizienz InGaAs Photodioden. </li><li> Um die Erkennung auszurichten, spritzen in die OPO-Resonator eine helle Hilfsstrahl bei 1064 nm und Spiel-Modus dieser Modus mit dem LO-Modus. Erreichen Sie eine Rand Sichtbarkeit nahe eins. Jede Modenfehlanpassung quadratisch übersetzt in Erkennung Verluste. </li><li> Überprüfen Sie die Homodyndetektion Eigenschaften. Mit einem LO-Leistung von 6 mW, das Schrotrauschen Grenze (SNL) ist flach bis zu 50 MHz. Es ist mehr als 20 dB über dem elektronischen Rauschen bei niedrigen Analysenfrequenz (MHz), 16 dB über dem bei der Analysefrequenz von 50 MHz. Dieser Abstand ist ein kritischer Parameter, da sie führt zu Verlusten bei der Detektion (ein Abstand von 10 dB (20 dB) führt zu einer 10% (1%) wirksame Verlust) 24. </li><li> Für jedes Detektionsereignis von der Single-Photon-Detektor, notieren Sie die homodyne Photo mit einem Oszilloskop mit einer Abtastrate von 5 GS / s bei 100 ns. Sweep die LO-Phase mit einer PZT-Spiegel montiert ist während der Messung. </li><li> Filter jedes aufgezeichneten Segment mit einem given zeitlichen Mode-Funktion bei jedem erfolgreichen Vorbereitung eine einzige Quadratur Wert der bedingten Zustand zu erhalten. Die optimale Betriebsfunktion für niedrige Verstärkung ist in der Nähe eines doppelseitig Exponentialfunktion 25 mit einer Zerfallskonstante gleich der Inversen der Bandbreite OPO. Der optimale Modus kann auch durch Verwendung eines Eigenfunktionen der Autokorrelationsfunktion 26 ermittelt werden. </li><li> Sammeln Messungen (für die Tomographie 50.000) und Post-Prozess die Daten mit einem Maximum-Likelihood-Algorithmus 27. Dieses Verfahren ermöglicht die Rekonstruktion der Dichtematrix des angekündigten staatlichen und der entsprechenden Wigner-Funktion 8. </li></ol> 4. Bedingte Vorbereitung der Single-Photon-Staat mit einem Typ-II-OPO <ol><li> Pumpen Sie den Typ-II-OPO weit unter Grenzwert (1 mW hier für eine 80 MW-Schwelle), eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit von Mehrphotonenpaare. </li></ol> 5. Bedingte Herstellung von CoherentStaatliche Überlagerung mit einem Typ-I-OPO <ol><li> Überprüfen Sie die gepressten Vakuum durch die Nähe der Schwelle OPO mit einem Spektrumanalysator erzeugt. Die gemessene Rauschspektren sind in Abbildung 3 dargestellt. </li><li> Betreiben Sie die OPO bei einer Pumpenleistung ermöglicht Beobachtung von rund 3 dB zu quetschen bei niedrigen Seitenband-Frequenzen (einige MHz). </li><li> In der Homodyn-Messung wird die Phaseninformation wichtig für phasenabhängige Zustände wie CSS Zustand. Scannen Sie den LO-Phase mit einer 10 Hz Sägezahn mit einem Tastverhältnis von 90% (entsprechend den 90 ms Messzeit 10 msec und der Sperrzeit.) Synchronisieren der Sweep um sicherzustellen, dass während der Messperiode, gibt es eine einzige Ein-Richtungs-Schwung des PZT-Spiegel montiert. </li><li> Verwenden Sie die homodyne Signal, um die Varianz zu messen und dann schließen die Phase der Quadratur gemessen. </li></ol>

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Lett. 37, 3738-3740 (2012).</li><li>Ou, Z. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Realization+of+the+Einstein-Podolski-Rosen+paradox+for+continuous+variables.">Realization of the Einstein-Podolski-Rosen paradox for continuous variables.</a> Phys. Rev. Lett. 68, 3663-3666 (1992).</li><li>Laurat, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Type-II Optical Parametric Oscillator: a versatile source of quantum correlations and entanglement in Quantum information with continuous-variables of atoms and light. , (2005).</li><li>Laurat, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compact+source+of+Einstein-Podolski-Rosen+entanglement+and+squeezing+at+very+low+noise+frequencies.">Compact source of Einstein-Podolski-Rosen entanglement and squeezing at very low noise frequencies.</a> Phys. Rev. A. 70, (2004).</li><li>D'Auria, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Full+characterization+of+Gaussian+bipartite+entangled+states+by+a+single+homodyne+detector.">Full characterization of Gaussian bipartite entangled states by a single homodyne detector.</a> Phys. Rev. Lett. 102, (2009).</li><li>Dakna, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generating+Schr&#246;dinger-cat-like+states+by+means+of+conditional+measurements+on+a+beam+splitter.">Generating Schr&#246;dinger-cat-like states by means of conditional measurements on a beam splitter.</a> Phys. Rev. A. 55, 3184-3194 (1997).</li><li>Gerrits, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+optical+coherent-state+superpositions+by+number-resolved+photon+subtraction+from+the+squeezed+vacuum.">Generation of optical coherent-state superpositions by number-resolved photon subtraction from the squeezed vacuum.</a> Phys. Rev. A. 82, (2010).</li><li>Neergaard-Nielsen, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+a+Superposition+of+Odd+Photon+Number+States+for+Quantum+Information+Networks.">Generation of a Superposition of Odd Photon Number States for Quantum Information Networks.</a> Phys. Rev. Lett. 97, (2006).</li><li>Wakui, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photon+subtracted+squeezed+states+generated+with+periodically+poled+KTiOPO4.">Photon subtracted squeezed states generated with periodically poled KTiOPO4.</a> Opt. Express. 15, 3568-3574 (2007).</li><li>Kumar, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Versatile+wideband+balanced+detector+for+quantum+optical+homodyne+tomography.">Versatile wideband balanced detector for quantum optical homodyne tomography.</a> Optics Com. 285, 5259-5267 (2012).</li><li>Nielsen, A. E. B., M&#248;lmer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-photon-state+generation+from+a+continuous-wave+nondegenerate+optical+parametric+oscillator.">Single-photon-state generation from a continuous-wave nondegenerate optical parametric oscillator.</a> Phys. Rev. A. 75, (2007).</li><li>Morin, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimentally+accessing+the+optimal+temporal+mode+of+traveling+quantum+light+states.">Experimentally accessing the optimal temporal mode of traveling quantum light states.</a> Phys. Rev. Lett. 111, 213-602 (2013).</li><li>Lvovsky, A. I., Raymer, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous-variable+optical+quantum-state+tomography.">Continuous-variable optical quantum-state tomography.</a> Rev. Mod. Phys. 81, 299-332 (2009).</li><li>Marek, P., Fiurasek, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elementary+gates+for+quantum+information+with+superposed+coherent+states.">Elementary gates for quantum information with superposed coherent states.</a> Phys. Rev. A. 82, (2010).</li><li>Morin, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Remote+creation+of+hybrid+entanglement+between+particle-like+and+wave-like+optical+qubits.">Remote creation of hybrid entanglement between particle-like and wave-like optical qubits.</a> Nat. Photonics. Eprint. , (2013).</li></ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen konkurrieren.

Die bedingte Präparationstechnik hier präsentiert wird, ist immer ein Zusammenspiel zwischen dem ursprünglichen zweiseitigen Ressource und der Messung durch den Detektor heralding durchgeführt. Diese beiden Komponenten stark beeinflussen die Quanteneigenschaften des erzeugten Zustand. Erstens, die Reinheit der hergestellten Zustände hängt stark von der einer der ersten Ressourcen, also eine &quot;gute&quot; OPO erforderlich. Was ist eine &quot;gute&quot; OPO? Es ist ein Gerät für die...

Die Fähigkeit, den Quantenzustand des Reisens optische Felder Ingenieur ist eine zentrale Voraussetzung für die Quanteninformationswissenschaft und-Technologie ein, darunter Quantenkommunikation, Computer-und Messtechnik. Hier diskutieren wir die Herstellung und Charakterisierung von einigen spezifischen Quantenzuständen, wobei als primäre Ressource des von Dauerstrich-optischen parametrischen Oszillatoren 3,4 unterhalb der Schwelle betrieben emittiert. Insbesondere werden zwei Systeme in Betracht gezogen werden - eine Typ-II-Phase abgestimmt OPO und einen Typ-I-OPO - damit jeweils die zuverlässige Erzeugung der angekündigten Single-Photonen und von optischen kohärenten Zustand Lagerungen (CSS), dh Staaten der Form | α &gt; - |-α&gt;. Diese Staaten sind wichtige Ressourcen für die Umsetzung einer Vielzahl von Quanteninformationsprotokollen, die von linearen optischen Quantencomputer 6 bis optischen Hybrid-Protokolle 5,7. Deutlich wird das Verfahren p<html> hier übel ermöglicht den Erhalt einer geringen Beimischung von Vakuum und der Emission in einem gut kontrollierten Raum-Zeit-Modus. Generell können Quantenzustände als Gauß-Staaten und Nicht-Gauß-Staaten nach der Form der Quasi-Wahrscheinlichkeitsverteilung im Phasenraum die Wigner-Funktion W (x, p) 8 genannt klassifiziert werden. Für nicht-Gauß-Staaten kann die Wigner-Funktion negative Werte annehmen, eine starke Signatur nicht Klassizität. Einzel-Photonen-oder kohärenten Zustand Lagerungen sind in der Tat nicht-Gauß-Staaten. Ein effizientes Verfahren zur Erzeugung solcher Zustände wird als die bedingte Präparationstechnik, wobei eine erste Gauß-Ressource mit einem sogenannten nicht-Gaußschen Messung wie Photonenzählung 9,10,11,12,13 kombiniert bekannt. Dieses allgemeine Schema, probabilistische aber angekündigt, ist auf Abbildung 1a skizziert. &quot;Fo: content-width =&quot; 5in &quot;fo: src =&quot; / files/ftp_upload/51224/51224fig1highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51224/51224fig1.jpg &quot;/&gt; Abbildung 1. (A) Begriffsschema der bedingten Präparationstechnik. (B) Herstellung von Conditional Einzelphotonenzustand von orthogonal polarisierten Photonenpaare (Typ-II-OPO) auf einen polarisierenden Strahlteiler getrennt. (C) Bedingtes Herstellung einer kohärenten Überlagerungszustand durch Subtrahieren einer Ein-Photonen aus einem gepressten Vakuumzustand (Typ-I-OPO). Durch die Messung ein Modus eines zweiseitigen verschränkten Zustand, der andere Modus in einem Staat, der auf dieser Messung und der ersten Ressource verstrickt 12,13 abhängen wird projiziert. Was sind die erforderlichen Ressourcen-und heralding Detektor benötigt, um die oben genannten Staaten zu generieren? Mit zwei Einzelstrahlen Einzel-Photonen-Zustände erzeugt werden, dh Photonen-Zahl korreliert Balken. Der Nachweis von Single-photon auf einen Modus läutet dann die Erzeugung eines Einzelphotonen auf den anderen Modus 9,10,14,15. Eine Frequenz-entarteten Typ-II-OPO 16,17,18,19 ist in der Tat eine gut geeignete Quelle für diesen Zweck. Signal-und Idler-Photonen Photonenzahl korreliert und mit orthogonalen Polarisationen emittiert. Erfassen eines Einzelphotonen auf einem Polarisationsmodus projiziert das andere in einer Einzelphotonenzustand, wie in Fig. 1b gezeigt. Was kohärenten Zustand Überlagerungen, können sie durch Subtraktion eines Einzelphotonen aus einer gepressten Vakuumzustand 20 erhalten, entweder durch gepulste Single-Pass-parametrische Abwärtskonvertierung 11,21 oder durch eine Typ-I-OPO 22,23 erzeugt werden. Die Subtraktion wird, indem ein kleiner Anteil des Lichtes auf einen Strahlteiler und zum Erfassen eines Einzelphotonen in diesem Modus (1c) durchgeführt. Ein Vakuum gepresst ist eine Überlagerung von noch Photonenzahlzustände, so Subtrahieren einer Single-Photon-Leitungeneiner Überlagerung von ungeraden Anzahl Photonen-Zustände, die eine hohe Wiedergabetreue mit einer linearen Überlagerung zweier kohärenter Zustände gleich und kleiner Amplitude hat. Aus diesem Grund hat sich der Name &quot;Schrödingers Katze&quot; manchmal, um diesen Zustand gegeben. Das allgemeine Verfahren zur Erzeugung dieser Zustände ist somit ähnlich, unterscheidet sich jedoch von der Primärlichtquelle. Filterung der heralding Weg-und Nachweisverfahren sind die gleichen, was die Art der OPO verwendet. Die vorliegende Reihe von Protokollen Detail, wie diese beiden nicht-Gauß-Staaten von Dauerstrich-optischen parametrischen Oszillatoren erzeugen und wie man sie mit hoher Effizienz zu charakterisieren.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="623">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pump laser</td>
			<td style="width:71px;">Innolight</td>
			<td style="width:119px;">Diabolo</td>
			<td style="width:217px;">Dual output, IR and 532 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">KTP and PPKTP crystal</td>
			<td style="width:71px;">Raicol</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Available from other vendors</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Interferential filters</td>
			<td style="width:71px;">Barr associates</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">High efficiency photodiodes</td>
			<td style="width:71px;">Fermionics</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Quantum efficiency above 97%</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Oscilloscope&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Lecroy</td>
			<td style="width:119px;">Wave runner 610 Zi</td>
			<td>Used for data acquisition</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spectrum analyser</td>
			<td style="width:71px;">Agilent</td>
			<td style="width:119px;">N9000A</td>
			<td>Available from other vendors</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Faraday rotator</td>
			<td style="width:71px;">Qioptic</td>
			<td style="width:119px;">FR-1060-5SC</td>
			<td>Available from other vendors</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PZT</td>
			<td style="width:71px;">PI</td>
			<td style="width:119px;">P-016.00H</td>
			<td>Available from other vendors</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Superconducting single-photon detectors</td>
			<td style="width:71px;">Scontel</td>
			<td style="width:119px;">SSPD</td>
			<td>low dark counts</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Optical switch</td>
			<td style="width:71px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">OSW12-980E</td>
			<td>Available from other vendors</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:71px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantum state engineering of light with continuous-wave optical parametric oscillators

Engineering nicht-klassischen Zuständen des elektromagnetischen Feldes ist eine zentrale Aufgabe für Quantenoptik 1,2. Über ihre grundlegende Bedeutung sind solche Zustände tatsächlich die Ressourcen für die Umsetzung verschiedener Protokolle, die von verbesserten Messtechnik zur Quantenkommunikation und Datenverarbeitung. Eine Vielzahl von Vorrichtungen kann verwendet werden, um nicht-klassischen Zuständen, wie Einzelstrahler Licht-Materie-Schnittstellen oder nichtlineare Systeme 3 zu erzeugen. Wir konzentrieren uns hier auf die Verwendung einer Dauerstrich-optischen parametrischen Oszillator 3,4. Dieses System basiert auf einer nichtlinearen χ 2-Kristall innerhalb eines optischen Hohlraums eingefügt basiert und es ist jetzt bekannt als eine sehr effiziente Quelle für nicht-klassischen Licht, wie beispielsweise Einzelmoden-oder zwei-Modus gedrückt Vakuum je nach Kristall Phasenanpassung. Zwängt Vakuum ist ein Gauß-Zustand als Quadratur-Distributionen folgen ein Gauß-Statistik. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Anzahl der Protokolle erfordern nicht gezeigt Gaussischen Staaten 5. Generieren direkt solche Staaten ist eine schwierige Aufgabe und würden starke χ 3 Nichtlinearitäten erforderlich. Ein weiteres Verfahren, probabilistische aber angekündigt, besteht in der Verwendung eines Messinduzierte Nichtlinearität über eine bedingte Präparationstechnik auf Gauß-Staaten betrieben wird. Hier haben wir ausführlich diese Generation Protokoll für zwei nicht-Gauß-Staaten, die Single-Photon-Zustand und eine Überlagerung von kohärenten Zuständen, mit zwei unterschiedlich phasenangepassten parametrische Oszillatoren als primäre Ressourcen. Diese Technik ermöglicht das Erreichen einer hohen Wiedergabetreue mit der gezielten staatlichen und Generation des Staates in einer gut kontrollierten Raum-Zeit-Modus.

Für den Typ-II-OPO und die Erzeugung von High-Fidelity-Single-Photon-Zustand: Das tomographische Rekonstruktion des angekündigten Zustand ist in Fig. 2, wobei die Diagonalelemente des rekonstruierten Dichtematrix und dem entsprechenden Wignerfunktion angezeigt gezeigt. Ohne Verlust Korrekturen, zeigt die angekündigte Staat eine Single-Photon-Komponente so hoch wie 78%. Durch die Berücksichtigung der Gesamterkennungsverluste (15%), erreicht der Staat eine Treue von 91% mit einem Ein-Photonen-Z...

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Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

Wir beschreiben die zuverlässige Erzeugung von nicht-Gauß-Staaten reisen optischen Bereichen, einschließlich der Ein-Photonen-Zustände und Überlagerungen kohärenten Zustand, mit einer bedingten Herstellungsverfahren auf der nicht-klassischen Licht durch optische parametrische Oszillatoren emittiert betrieben. Typ-I und Typ-II-phasenangepaßte Oszillatoren betrachtet und üblichen Verfahren, wie beispielsweise die gewünschte Frequenz zu filtern oder Hocheffizienzquantenzustand Charakterisierung homodyning, ausführlich beschrieben.

Staatliche Ingenieur Quantum of Light mit Dauerwellen-Optische parametrische Oszillatoren

Engineering non-classical states of the electromagnetic field is a central quest for quantum optics1,2. Beyond their fundamental significance, such states ...

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14.4K Aufrufe.  Université Pierre et Marie Curie, Ecole Normale Supérieure, CNRS.  Wir beschreiben die zuverlässige Erzeugung von nicht-Gauß-Staaten reisen optischen Bereichen, einschließlich der Ein-Photonen-Zustände und Überlagerungen kohärenten Zustand, mit einer bedingten Herstellungsverfahren auf der nicht-klassischen Licht durch optische parametrische Oszillatoren emittiert betrieben. Typ-I und Typ-II-phasenangepaßte Oszillatoren betrachtet und üblichen Verfahren, wie beispielsweise die gewünschte Frequenz zu filtern oder Hocheffizienzqu...

Serie: Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators

Quasi-light Storage for Optical Data Packets

Today's telecommunication is based on optical packets which transmit the information in optical fiber networks around the world. Currently, the processing of the signals is done in the electrical domain. Direct storage in the optical domain would avoid the transfer of the packets to the electrical and back to the optical domain in every network node and, therefore, increase the speed and possibly reduce the energy consumption of telecommunications. However, light consists of photons which propagate with the speed of light in vacuum. Thus, the storage of light is a big challenge. There exist some methods to slow down the speed of the light, or to store it in excitations of a medium. However, these methods cannot be used for the storage of optical data packets used in telecommunications networks. Here we show how the time-frequency-coherence, which holds for every signal and therefore for optical packets as well, can be exploited to build an optical memory. We will review the background and show in detail and through examples, how a frequency comb can be used for the copying of an optical packet which enters the memory. One of these time domain copies is then extracted from the memory by a time domain switch. We will show this method for intensity as well as for phase modulated signals.

The article describes a procedure to store optical data packets with an arbitrary modulation, wavelength, and data rate. These packets are the basis of modern telecommunications.

Quasi-Lichtraum für optische Datenpakete

Today's telecommunication is based on optical packets which transmit the information in optical fiber networks around the world. Currently, the processing ...

Forschung

Ingenieurwesen

Gradient Echo Quantum Memory in Warm Atomic Vapor

Gradient echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. The primary motivation for such a technology is that quantum key distribution (QKD), which uses Heisenberg uncertainty to guarantee security of cryptographic keys, is limited in transmission distance. The development of a quantum repeater is a possible path to extend QKD range, but a repeater will need a quantum memory. In our experiments we use a gas of rubidium 87 vapor that is contained in a warm gas cell. This makes the scheme particularly simple. It is also a highly versatile scheme that enables in-memory refinement of the stored state, such as frequency shifting and bandwidth manipulation. The basis of the GEM protocol is to absorb the light into an ensemble of atoms that has been prepared in a magnetic field gradient. The reversal of this gradient leads to rephasing of the atomic polarization and thus recall of the stored optical state. We will outline how we prepare the atoms and this gradient and also describe some of the pitfalls that need to be avoided, in particular four-wave mixing, which can give rise to optical gain.

The gradient echo memory is a protocol for storing optical quantum states of light in atomic ensembles. Quantum memory is a key element of a quantum repeater, which can extend the range of quantum key distribution. We outline the operation of the scheme when implemented in a 3-level atomic ensemble.

Gradient Echo Quantum Speicher in Warm Atomic Vapor

Gradient  echo memory (GEM) is a protocol for storing optical quantum states of light in  atomic ensembles. The primary motivation for such a technology ...

Nanofabrication of Gate-defined GaAs/AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and entanglement, to solve certain problems exponentially faster than with the best known algorithms on a classical computer. Gate-defined lateral quantum dots on GaAs/AlGaAs are one of many avenues explored for the implementation of a qubit. When properly fabricated, such a device is able to trap a small number of electrons in a certain region of space. The spin states of these electrons can then be used to implement the logical 0 and 1 of the quantum bit. Given the nanometer scale of these quantum dots, cleanroom facilities offering specialized equipment- such as scanning electron microscopes and e-beam evaporators- are required for their fabrication. Great care must be taken throughout the fabrication process to maintain cleanliness of the sample surface and to avoid damaging the fragile gates of the structure. This paper presents the detailed fabrication protocol of gate-defined lateral quantum dots from the wafer to a working device. Characterization methods and representative results are also briefly discussed. Although this paper concentrates on double quantum dots, the fabrication process remains the same for single or triple dots or even arrays of quantum dots. Moreover, the protocol can be adapted to fabricate lateral quantum dots on other substrates, such as Si/SiGe.

This paper presents a detailed fabrication protocol for gate-defined semiconductor lateral quantum dots on gallium arsenide heterostructures. These nanoscale devices are used to trap few electrons for use as quantum bits in quantum information processing or for other mesoscopic experiments such as coherent conductance measurements.

Nanofabrication von Tor-definiert GaAs / AlGaAs Lateral Quantum Dots

A quantum computer is a computer composed of quantum bits (qubits) that takes advantage of quantum effects, such as superposition of states and ...

Fabrication and Characterization of Disordered Polymer Optical Fibers for Transverse Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed polymer optical fiber is composed of 80,000 strands of poly (methyl methacrylate) (PMMA) and polystyrene (PS) that are randomly mixed and drawn into a square cross section optical fiber with a side width of 250 &mu;m. Initially, each strand is 200 &mu;m in diameter and 8-inches long. During the mixing process of the original fiber strands, the fibers cross over each other; however, a large draw ratio guarantees that the refractive index profile is invariant along the length of the fiber for several tens of centimeters. The large refractive index difference of 0.1 between the disordered sites results in a small localized beam radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers. The input light is launched from a standard single mode optical fiber using the butt-coupling method and the near-field output beam from the disordered fiber is imaged using a 40X objective and a CCD camera. The output beam diameter agrees well with the expected results from the numerical simulations. The disordered optical fiber presented in this work is the first device-level implementation of 2D Anderson localization, and can potentially be used for image transport and short-haul optical communication systems.

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. This microstructured fiber can transport a small localized beam with a radius that is comparable to the beam radius of conventional optical fibers.

Herstellung und Charakterisierung von Disordered Optische Polymerfasern für Quer Anderson Localization of Light

We develop and characterize a disordered polymer optical fiber that uses transverse Anderson localization as a novel waveguiding mechanism. The developed ...

Fabrication of Uniform Nanoscale Cavities via Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned and bonded silicon wafers. Unlike confinements in porous materials often used for these types of experiments3, bonded wafers provide predesigned uniform spaces for confinement. The geometry of each cell is well known, which removes a large source of ambiguity in the interpretation of data.
Exceptionally flat, 5 cm diameter, 375 &#181;m thick Si wafers with about 1 &#181;m variation over the entire wafer can be obtained commercially (from Semiconductor Processing Company, for example). Thermal oxide is grown on the wafers to define the confinement dimension in the z-direction. A pattern is then etched in the oxide using lithographic techniques so as to create a desired enclosure upon bonding. A hole is drilled in one of the wafers (the top) to allow for the introduction of the liquid to be measured. The wafers are cleaned2 in RCA solutions and then put in a microclean chamber where they are rinsed with deionized water4. The wafers are bonded at RT and then annealed at ~1,100 &#176;C. This forms a strong and permanent bond. This process can be used to make uniform enclosures for measuring thermal and hydrodynamic properties of confined liquids from the nanometer to the micrometer scale.

A method for permanently bonding two silicon wafers so as to realize a uniform enclosure is described. This includes wafer preparation, cleaning, RT bonding, and annealing processes. The resulting bonded wafers (cells) have uniformity of enclosure ~1%1,2. The resulting geometry allows for measurements of confined liquids and gasses.

Herstellung von uniformen Nanoschuppen-Cavities über Silicon Direct Wafer Bonding

Measurements of the heat capacity and superfluid fraction of confined 4He have been performed near the lambda transition using lithographically patterned ...

Construction and Characterization of External Cavity Diode Lasers for Atomic Physics

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and Titanium Sapphire lasers as the workhorse laser of atomic physics labs1,2. Their versatility and prolific use throughout atomic physics in applications such as absorption spectroscopy and laser cooling1,2 makes it imperative for incoming students to gain a firm practical understanding of these lasers. This publication builds upon the seminal work by Wieman3, updating components, and providing a video tutorial. The setup, frequency locking and performance characterization of an ECDL will be described. Discussion of component selection and proper mounting of both diodes and gratings, the factors affecting mode selection within the cavity, proper alignment for optimal external feedback, optics setup for coarse and fine frequency sensitive measurements, a brief overview of laser locking techniques, and laser linewidth measurements are included.

This is an instructional paper to guide the construction and diagnostics of external cavity diode lasers (ECDLs), including component selection and optical alignment, as well as the basics of frequency reference spectroscopy and laser linewidth measurements for applications in the field of atomic physics.

Konstruktion und Charakterisierung von External Cavity Diode Laser für die Atomphysik

Since their development in the late 1980s, cheap, reliable external cavity diode lasers (ECDLs) have replaced complex and expensive traditional dye and ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Herstellung und Prüfung von Mikrofluidik-Optomechanische Oszillatoren

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

Selektive Bereichsänderung des Siliziumoberfläche Benetzbarkeit durch gepulste UV-Laser-Bestrahlung in flüssigen Umgebung

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active layer which consists of blue-fluorescent poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) and &#960;-conjugated triphenylamine molecules. This white light emission originates from exciplexes formed between PFD and amines in electronically excited states. A device containing PFD, 4,4&#39;,4&#39;&#39;-tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (2-TNATA), Poly(ethylene oxide) and K2CF3SO3 showed white light emission with Commission internationale de l&#39;&#233;clairage (CIE) coordinates of (0.33, 0.43) and a Color Rendering Index (CRI) of Ra = 73 at an applied voltage of 3.5 V. Constant voltage measurements showed that the CIE coordinates of (0.27, 0.37), Ra of 67, and the emission color observed immediately after application of a voltage of 5 V were nearly unchanged and stable after 300 sec.

The authors present a method for fabricating stable white-light-emitting electrochemical cells utilizing emission from exciplexes formed between a blue-emitting fluorene polymer and aromatic amines.

Die Herstellung von Weißlichtemittierenden elektrochemischen Zellen, die mit stabile Emission von Exciplexe

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) basierte Methodik zur quantitativen Bewertung von Vorwärts- und Rücklichtlichtstreuung aus Intraokularlinsen

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...