Ce travail est soutenu par le programme ERA-NET CHIST-ERA (projet &#39;de QScale ») et par l&#39;ERC subvention de départ» HybridNet. F. Barbosa reconnaît le soutien de la CNR et la FAPESP, et K. Huang le soutien de la Fondation pour l&#39;auteur de National excellente thèse de doctorat de Chine (PY2012004) et le China Scholarship Council. C. Fabre et J. Laurat sont membres de l&#39;Institut Universitaire de France.

1. Oscillateur paramétrique optique <ol><li> Construire un 4 cm de long cavité linéaire semimonolithic (pour une meilleure stabilité mécanique et pertes intracavité réduits). Le miroir d&#39;entrée est directement appliqué sur une face du cristal non linéaire. </li><li> Choisissez un coupleur d&#39;entrée de réflexion de 95% pour la pompe à 532 nm et à haute réflexion pour le signal et le pignon à 1064 nm. Inversement, choisir le coupleur de sortie pour être hautement réfléchissante pour la pompe et du facteur de transmission T = 10% pour l&#39;infrarouge. L&#39;intervalle spectral libre de l&#39;OPO est égal à Δω = 4.3 GHz et la bande passante est de l&#39;ordre de 60 MHz. Ajoutez la cavité triplement résonnante, c&#39;est à dire pour la pompe et pour les champs de converti vers le bas. </li><li> Utilisation d&#39;un cristal KTP pour le système d&#39;OPO de type II ou d&#39;un cristal de PPKTP pour le type-I OPO. Température-stabiliser les cristaux à leurs températures de phase correspondant. </li><li> Utiliser comme source de laser d&#39;une fréquence à onde continue doublé laser Nd: YAG. Pomper le OPO à 532 nm et en utiliser lelumière frarouge, après filtrage spatial par une cavité de haute finesse (mode propre), comme un oscillateur local (LO) pour la détection homodyne. </li><li> Pouvoir fonctionner en mode d&#39;appariement entre la pompe et le mode de la cavité. </li><li> Verrouillez la longueur de la cavité sur la résonance de la pompe par la technique Pound-Drever-Hall. A cet effet, d&#39;appliquer une 12 MHz modulation électro-optique de la pompe et de détecter la lumière rétro-réfléchie à partir de la cavité avec un isolateur optique. </li></ol> 2 Préparation conditionnelle:. Filtrage du chemin de Heralding <ol><li> Séparer la sortie de l&#39;OPO en deux modes. Une correspond au mode d&#39;annonciateur, tandis que l&#39;autre est l&#39;état annoncé qui sera détectée par la détection homodyne. </li><li> Guide de la mode annonçant vers le détecteur de photon unique. Plus précisément, pour l&#39;OPO de type II, de séparer les modes de signal et complémentaire orthogonales par un diviseur de faisceau à polarisation (PBS). Pour le type I OPO, appuyez sur une petite fraction (3%) du vide comprimé par undiviseur de faisceau (BS). </li><li> Filtrer le mode d&#39;annonciateur d&#39;éliminer les modes non-dégénérées fréquences en raison de la cavité OPO. Pour un OPO, la sortie contient en effet de nombreux modes de paires corrélées mais séparés spectralement, ω 0 + ω nô et ω 0 ω-nô où n est un nombre entier. Pour générer un état annoncée à la fréquence porteuse, il est nécessaire de filtrer l&#39;ensemble de ces modes non dégénérées. <ol><li> Utilisez d&#39;abord un filtre interférentiel avec une bande passante de 0,5 nm. </li><li> Ajouter un linéaire cavité de Fabry-Perot maison avec un intervalle spectral libre de 330 GHz et une bande passante de 300 MHz (longueur d&#39;environ 0,4 mm et de finesse autour de 1000). La bande passante de la cavité est choisie pour être plus grande que celle de l&#39;OPO et l&#39;intervalle spectral libre pour être plus grande que la fenêtre de fréquence du filtre interférentiel. </li><li> Réaliser au moins un rejet global de 25 dB des modes non dégénérés. </li></ol></li><li> Verrouiller le filtrage de Fabry-Pérot par la technique de tramage et de verrouillage. <ol><li> A cet effet, l&#39;injection d&#39;un faisceau auxiliaire se propageant vers l&#39;arrière par l&#39;intermédiaire d&#39;un commutateur optique et le rejeter à l&#39;entrée de la cavité de filtrage par un isolateur optique. Détecter la lumière à la sortie. </li><li> Verrouillez la cavité pendant 10 ms et commencer après la période de mesure pendant 90 ms avec l&#39;auxiliaire faisceau large. </li></ol></li><li> Détecter le mode annonçant filtré par un détecteur de photon unique au cours de la période de mesure. Un supraconducteur détecteur de photon unique (SSPD) est utilisé pour limiter la quantité de bruit de fond (quelques Hz), ce qui serait autrement dégrader la fidélité de l&#39;état conditionnel. </li></ol> 3. Quantum tomographie par détection homodyne État <ol><li> Détecter l&#39;état annoncée avec une détection homodyne équilibrée composée d&#39;un séparateur 50/50 de faisceau où le champ de caractériser et d&#39;une onde continue forte oscillateur local (LO, 6 mW) sont amenés à intervenir, et une paire de haut quantique efficacité photodiodes InGaAs. </li><li> Afin d&#39;aligner la détection, injecter dans la cavité OPO un faisceau lumineux auxiliaire à 1064 nm et le match de mode ce mode avec le mode LO. Atteindre une visibilité des franges proche de l&#39;unité. Tout mode décalage traduit quadratique des pertes de détection. </li><li> Vérifiez les propriétés de détection homodynes. Avec une puissance de 6 MW LO, la limite de bruit de grenaille (SNL) est plat jusqu&#39;à 50 MHz. Il est de plus de 20 dB au-dessus du bruit électronique à basse fréquence d&#39;analyse (MHz), 16 dB au-dessus de la fréquence d&#39;analyse de 50 MHz. Cette distance est un paramètre critique car il se traduit par des pertes dans la détection (sur une distance de 10 dB (20 dB) se traduit par une perte de 10% (1%) efficace) 24. </li><li> Pour chaque événement de détection du détecteur de photon unique, enregistrer le photocourant homodyne avec un oscilloscope avec un taux d&#39;échantillonnage de 5 Géch / s pendant 100 ns. Balayer la phase LO avec un miroir monté PZT pendant la mesure. </li><li> Filtrer chaque segment enregistré avec un giême fonction de mode temporel d&#39;obtenir à chaque préparation réussie d&#39;une valeur de quadrature unique de l&#39;état conditionnel. La fonction de mode optimal pour un faible gain est proche d&#39;une fonction exponentielle double face 25 avec une constante de décroissance égale à l&#39;inverse de la largeur de bande de l&#39;OPO. Le mode optimal peut également être trouvée en utilisant une expansion de la fonction propre de la fonction d&#39;autocorrélation 26. </li><li> Cumuler des mesures (50 000 sont nécessaires pour la tomographie) et le post-traitement des données avec un algorithme du maximum de vraisemblance 27. Cette procédure permet la reconstruction de la matrice de densité de l&#39;état annoncé et la fonction de Wigner correspondant 8. </li></ol> 4. Préparation conditionnelle de photon unique État avec un OPO de type II <ol><li> Pomper le type II OPO loin en dessous du seuil (1 mW ici pour un seuil de 80 mW) d&#39;avoir une très faible probabilité de paires multiphotoniques. </li></ol> 5. Préparation conditionnelle de CoherentSuperposition de l&#39;État avec un type I OPO <ol><li> Vérifiez le vide comprimé généré par l&#39;OPO à proximité de seuil avec un analyseur de spectre. Les spectres de bruit mesurés sont présentés dans la figure 3. </li><li> Faire fonctionner le OPO à une puissance de pompe permettant l&#39;observation de l&#39;ordre de 3 dB de compression à basse fréquence de bande latérale (quelques MHz). </li><li> Dans la mesure homodyne, l&#39;information de phase est important pour les Etats de la phase-dépendantes telles que l&#39;état de CSS. Balayez la phase LO avec une vague de 10 Hz en dents de scie avec un cycle de service de 90% (correspondant à 90 ms de période de mesure et 10 ms de temps de blocage.) Synchroniser le balayage de s&#39;assurer que, pendant la période de mesure, il ya un seul balayage unidirectionnel du miroir de PZT-monté. </li><li> Utiliser le signal homodyne pour mesurer la variance et ensuite en déduire la phase du quadrature mesurée. </li></ol>

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	<li>Dell'Anno, F., 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=Multiphoton+quantum+optics+and+quantum+state+engineering.">Multiphoton quantum optics and quantum state engineering.</a> Phys. Reports. 428, 53-168 (2006).</li><li>O'Brien, J. L., 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=Photonic+quantum+technologies.">Photonic quantum technologies.</a> Nature Photon. 3, 687-695 (2009).</li><li>Bachor, H. -. A., Ralph, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A guide to experiments in quantum optics. , (2004).</li><li>Reid, M. D., 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=The+Einstein-Podolsky-Rosen+paradox:+from+concepts+to+applications.">The Einstein-Podolsky-Rosen paradox: from concepts to applications.</a> Rev. Mod. Phys. 81, 1727-1751 (2009).</li><li>Van Loock, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+hybrid+approaches+to+quantum+information.">Optical hybrid approaches to quantum information.</a> Laser &amp; Photonics Review. 5, 167-200 (2011).</li><li>Knill, E., 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+scheme+for+efficient+quantum+computation+with+linear+optics.">A scheme for efficient quantum computation with linear optics.</a> Nature. 409, 46-52 (2001).</li><li>Ralph, T. C., 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=Quantum+computation+with+optical+coherent+states.">Quantum computation with optical coherent states.</a> Phys. Rev. A. 68, 042319 (2003).</li><li>Leonhardt, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Measuring the quantum state of light. , (1997).</li><li>Hong, C. K., Mandel, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+realization+of+a+localized+one-photon+state.">Experimental realization of a localized one-photon state.</a> Phys. Rev. Lett. 56, 58-60 (1986).</li><li>Lvovsky, A. I., 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=Quantum+state+reconstruction+of+the+single-photon+Fock+state.">Quantum state reconstruction of the single-photon Fock state.</a> Phys. Rev. Lett. 87, (2001).</li><li>Ourjoumtsev, A., 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+optical+Schr&#246;dinger+kittens+for+quantum+information+processing.">Generating optical Schr&#246;dinger kittens for quantum information processing.</a> Science. 312, 83-86 (2006).</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=Effect+of+the+heralding+detector+properties+on+the+conditional+generation+of+single-photon+states.">Effect of the heralding detector properties on the conditional generation of single-photon states.</a> Eur. Phys. Journ. D. 66, 249 (2012).</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=Quantum+decoherence+of+single-photon+counters.">Quantum decoherence of single-photon counters.</a> Phys. Rev. Lett. 107, (2011).</li><li>Huisman, S. 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=Instant+single-photon+Fock+state+tomography.">Instant single-photon Fock state tomography.</a> Opt. Lett. 34, 2739-2741 (2009).</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=High-fidelity+single-photon+source+based+on+a+Type+II+optical+parametric+oscillator.">High-fidelity single-photon source based on a Type II optical parametric oscillator.</a> Opt. 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>

Les auteurs déclarent qu&#39;ils n&#39;ont aucun intérêt financier concurrents.

La technique de préparation conditionnelle présentée ici est toujours une interaction entre la ressource bipartite initiale et la mesure effectuée par le détecteur d&#39;annonciateur. Ces deux éléments influencent fortement les propriétés quantiques de l&#39;état généré. Tout d&#39;abord, la pureté des états préparés dépend fortement de celui de la ressource initiale, donc une «bonne» OPO est nécessaire. Qu&#39;est-ce qu&#39;un «bon» OPO? Il s&#39;agit d&#39;un disposi...

La capacité de construire l&#39;état quantique de voyager champs optiques est une exigence centrale pour la science de l&#39;information quantique et de la technologie 1, y compris la communication quantique, l&#39;informatique et la métrologie. Ici, nous discutons de la préparation et la caractérisation de certains états quantiques spécifiques utilisant comme ressource principale de la lumière émise par onde continue optiques paramétriques oscillateurs 3,4 exploités en dessous du seuil. Plus précisément, deux systèmes seront considérés - une OPO accord de phase de type II et un de type I OPO - permettant respectivement la génération fiable de photons uniques annoncées et de superpositions optiques cohérentes de l&#39;Etat (CSS), les Etats-dire de la forme | α &gt; - |-α&gt;. Ces états sont des ressources importantes pour la mise en œuvre d&#39;une variété de protocoles d&#39;information quantique, allant de linéaire optique quantique calcul 6 protocoles hybrides optiques 5,7. De manière significative, la méthode p<html> senté ici permet l&#39;obtention d&#39;un mélange de faible vide, et l&#39;émission spatio-temporelle dans un mode bien contrôlée. D&#39;une manière générale, les états quantiques peuvent être classés comme états de Gauss et les Etats non gaussiennes selon la forme de la distribution quasi-probabilité dans l&#39;espace de phase appelée la fonction de Wigner W (x, p) 8. Pour les Etats non gaussiennes, la fonction de Wigner peut prendre des valeurs négatives, une signature forte de non-classicisme. Photon unique ou superpositions cohérentes d&#39;État sont en effet les Etats non gaussiennes. Une procédure efficace pour générer de tels états est connue comme la technique de préparation conditionnée, où une ressource gaussien initial est associé à une dite mesure non gaussien tel que le comptage de photons 9,10,11,12,13. Ce schéma général, mais probabiliste annoncée, est esquissée sur la figure 1a. &quot;Fo: contenu width =&quot; 5 po &quot;fo: src =&quot; / files/ftp_upload/51224/51224fig1highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51224/51224fig1.jpg &quot;/&gt; Figure 1. (A) Schéma conceptuel de la technique de préparation conditionnelle. (B) la préparation conditionnelle de l&#39;Etat à un seul photon de paires de photons orthogonalement polarisés (type II OPO) séparés sur un diviseur de faisceau polarisant. (C) préparation conditionnelle d&#39;une superposition d&#39;état cohérent en soustrayant un photon unique à partir d&#39;un état ​​de vide comprimé (type I OPO). En mesurant un mode d&#39;un état ​​intriqué bipartite, l&#39;autre mode est projeté dans un état ​​qui dépend de cette mesure et sur ​​la ressource empêtré initial 12,13. Quelles sont les ressources nécessaires, et un détecteur de annonciatrice nécessaire pour générer les états ci-dessus? États de photons uniques peuvent être générés en utilisant les faisceaux jumeaux, c&#39;est à dire des photons nombre faisceaux corrélés. La détection d&#39;un mono-pHoton sur un mode annonce puis la génération d&#39;un photon unique sur l&#39;autre mode 9,10,14,15. Une fréquence dégénérée de type II OPO 16,17,18,19 est en effet une source bien adapté à cet effet. Signal et complémentaire photons sont des photons corrélés nombre et émis avec des polarisations orthogonales. La détection d&#39;un photon unique sur un mode de polarisation projette l&#39;autre dans un état ​​de photon unique, comme le montre la Figure 1b. En ce qui concerne les superpositions d&#39;état cohérentes, elles peuvent être générées par la soustraction d&#39;un photon unique à partir d&#39;un état ​​de vide comprimé 20 obtenue soit par pulsé seul passage conversion paramétrique 11,21 ou par un type-I OPO 22,23. La soustraction est effectuée en appuyant sur ​​une petite fraction de la lumière sur un séparateur de faisceau et la détection d&#39;un photon unique dans ce mode (figure 1c). Un vide comprimé est une superposition de même les Etats-photon nombre, soustrayant ainsi un photon unique filsà une superposition d&#39;états impairs nombre de photons, qui a une haute fidélité par une superposition linéaire de deux états cohérents d&#39;amplitude égale et de petite taille. Pour cette raison, le nom de Schrödinger chaton »a parfois été donné à cet état. La procédure générale pour la production de ces états est donc similaire, mais en diffère par la source de lumière primaire. Filtrage des parcours techniques de détection et annonciateurs sont les mêmes quel que soit le type de OPO utilisé. La présente série de protocoles détail comment générer ces deux états non gaussiennes de continu-ondes oscillateurs paramétriques optiques et la façon de les caractériser avec une grande efficacité.

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

Ingénierie états non-classiques du champ électromagnétique est une quête central pour l&#39;optique quantique 1,2. Au-delà de leur importance fondamentale, ces Etats sont en effet les ressources pour la mise en œuvre de divers protocoles, allant de la métrologie améliorée pour la communication quantique et l&#39;informatique. Une variété de dispositifs peut être utilisé pour générer des états non-classiques, tels que les émetteurs simples, interfaces lumière-matière ou de systèmes non linéaires 3. Nous nous concentrons ici sur l&#39;utilisation d&#39;une onde continue oscillateur paramétrique optique 3,4. Ce système est basé sur un non-linéaire χ 2 cristal inséré à l&#39;intérieur d&#39;une cavité optique, et il est maintenant bien connu en tant que source très efficace de la lumière non-classique, tel que monomode ou bimode vide comprimé en fonction du cristal adaptation de phase. Vide comprimé est un état gaussien que ses distributions en quadrature suivent une statistique gaussienne. Cependant, il a été montré que nombre de protocoles exigent non Gaussian précise 5. Générer directement ces Etats est une tâche difficile et exigerait une forte χ 3 non-linéarités. Un autre mode opératoire, mais probabiliste annoncée, consiste à utiliser une non-linéarité de la mesure induit par-l&#39;intermédiaire d&#39;une technique de préparation conditionnel exploités sur les états de Gauss. Ici, nous détaillons ce protocole de génération de deux États non gaussiennes, l&#39;état de photon unique et une superposition d&#39;états cohérents, à l&#39;aide de deux oscillateurs paramétriques différemment élimination identifié comme ressources primaires. Cette technique permet la réalisation d&#39;une grande fidélité à l&#39;état ciblée et la génération de l&#39;Etat dans un mode spatio-temporelle bien contrôlée.

Pour l&#39;OPO de type II et la génération de haute fidélité état de photon unique: La reconstruction tomographique de l&#39;état annoncé est représenté sur la figure 2, où les éléments diagonaux de la matrice de densité reconstruit et la fonction de Wigner correspondant sont affichés. Sans les corrections de perte, l&#39;Etat annoncée présente une composante de photon unique aussi élevée que 78%. En prenant en compte les pertes de détection global (15%), l&#39;état atteint un...

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

Nous décrivons la génération fiable des Etats non gaussiennes de voyager champs optiques, y compris les états de photons uniques et des superpositions d&#39;état cohérentes, en utilisant une méthode de préparation conditionnel exploités sur la lumière non-classique émise par des oscillateurs paramétriques optiques. De type I et de type II oscillateurs en phase appariés sont considérés et procédures communes, telles que le filtrage de fréquence requise ou la haute efficacité état quantique caractérisation par homodynage, sont détaillées.

Quantum État génie de la lumière avec continu-ondes optiques paramétriques oscillateurs

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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Transient and Steady-state Response Analysis

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14.4K vues.  Université Pierre et Marie Curie, Ecole Normale Supérieure, CNRS.  Nous décrivons la génération fiable des Etats non gaussiennes de voyager champs optiques, y compris les états de photons uniques et des superpositions d'état cohérentes, en utilisant une méthode de préparation conditionnel exploités sur la lumière non-classique émise par des oscillateurs paramétriques optiques. De type I et de type II oscillateurs en phase appariés sont considérés et procédures communes, telles que le filtrage de fréquence requise ou...

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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.

Stockage quasi-lumière pour les paquets de données optiques

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

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Ingénierie

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 Mémoire chaud atomique de vapeur

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 de la porte définis-GaAs / AlGaAs latéraux 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.

Fabrication et caractérisation des polymères désordonnés fibres optiques pour Transverse localisation d&#39;Anderson de la lumière

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.

Fabrication de cavités uniformes à l’échelle nanométrique via la liaison directe de plaquettes de silicium

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.

Construction et caractérisation des lasers externes cavité Diode de physique atomique

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.

Fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs

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.

Selective Area Modification de la Silicon mouillabilité de surface par irradiation laser pulsé UV en milieu liquide

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.

Fabrication de lumière blanche émettant des cellules électrochimiques avec des émissions de Stable exciplexes

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.

Méthodologie basée sur le Profiler de diffusion de lumière de balayage (SLPS) pour évaluer quantitativement la diffusion de lumière vers l&#39;avant et vers l&#39;arrière à partir de lentilles intraoculaires

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