Questo lavoro è supportato dal ERA-NET chist-ERA (progetto &#39;qscale&#39;) e dalla concessione di partenza CER &#39;HybridNet&#39;. F. Barbosa riconosce il sostegno da CNR e FAPESP, e K. Huang il sostegno della Fondazione per l&#39;Autore della Nazionale Eccellente tesi di dottorato della Cina (PY2012004) e il Consiglio borsa di studio in Cina. C. Fabre e J. Laurat sono membri dell&#39;Institut Universitaire de France.

1. Optical Parametric Oscillator <ol><li> Costruire un lungo 4 centimetri cavità lineare semimonolithic (per una migliore stabilità meccanica e perdite intracavity ridotti). Lo specchio di ingresso è direttamente rivestito su una faccia del cristallo non lineare. </li><li> Scegliere una riflessione accoppiatore di ingresso del 95% per la pompa a 532 nm e ad alta riflessione per il segnale e la puleggia a 1.064 nm. Inversamente, scegliere l&#39;accoppiatore di uscita per essere altamente riflettente per la pompa e di trasmittanza T = 10% per l&#39;infrarosso. La gamma spettrale libera del OPO è pari a Δω = 4.3 GHz e la larghezza di banda è di circa 60 MHz. Effettuare la cavità risonante triply, cioè per la pompa e per i campi riconvertito. </li><li> Utilizzare un cristallo KTP per il sistema OPO tipo II o un cristallo PPKTP per il tipo-I OPO. Temperatura-stabilizzare i cristalli alle loro temperature in fase di corrispondenza. </li><li> Uso come sorgente laser a frequenza onda continua raddoppiato Nd: YAG laser. Pompare il OPO a 532 nm e utilizzare il inluce frared, dopo filtraggio spaziale da una cavità alta finezza (modalità impiegata), come un oscillatore locale (LO) per la rivelazione omodina. </li><li> Poter attivare la modalità di abbinamento tra la pompa e il modo della cavità. </li><li> Bloccare la lunghezza della cavità sulla risonanza pompa dalla tecnica Pound-Drever-Hall. A questo scopo, applicare un 12 MHz modulazione elettro-ottico alla pompa e rilevare la luce riflessa indietro dalla cavità con un isolatore ottico. </li></ol> 2 condizionale Preparazione:. Filtrare il percorso Heralding <ol><li> Separare l&#39;uscita OPO in due modi. Uno corrisponde al modo foriera, mentre l&#39;altro è stato annunciato che verrà rilevata dalla rivelazione omodina. </li><li> Guida la modalità foriera verso il rilevatore singolo fotone. In particolare, per il OPO tipo II, separare le modalità di segnale e di folle ortogonali da un divisore di fascio polarizzato (PBS). Per il tipo I OPO, toccare una piccola frazione (3%) del vuoto schiacciato da undivisore di fascio (BS). </li><li> Filtrare la modalità foriera di rimuovere le frequenze dei modi non degeneri dovuti alla cavità OPO. Per un OPO, l&#39;output contiene infatti molti modi correlate ma spettralmente separati a coppie, ω 0 + nΔ ω e ω 0-nΔ ω dove n è un numero intero. Per generare uno stato annunciato alla frequenza portante, è necessario filtrare tutti questi modi non degeneri. <ol><li> Utilizzare prima un filtro interferenziale con una larghezza di banda di 0,5 nm. </li><li> Aggiungere un lineare cavità Fabry-Perot in casa con una gamma spettrale libero di 330 GHz e una larghezza di banda di 300 MHz (lunghezza circa 0,4 millimetri e finezza circa 1.000). La larghezza di banda cavità è scelto per essere maggiore di quella del OPO e l&#39;intervallo spettrale libero di essere più grande della finestra frequenza del filtro interferenziale. </li><li> Raggiungere almeno un rifiuto generale di 25 dB dei modi non degeneri. </li></ol></li><li> Bloccare il filtraggio Fabry-Perot dalla tecnica dither-and-lock. <ol><li> A questo scopo, iniettare un fascio ausiliario moltiplicazione all&#39;indietro tramite un interruttore ottico e respingerla all&#39;ingresso della cavità di filtraggio da un isolatore ottico. Rilevare la luce in uscita. </li><li> Bloccare la cavità per 10 msec e inizia dopo il periodo di misura per 90 msec con l&#39;ausiliare fascio off. </li></ol></li><li> Individuare la modalità foriera filtrato da un rivelatore di singoli fotoni durante il periodo di misurazione. Un superconduttore rivelatore di singoli fotoni (SSPD) viene utilizzato per limitare la quantità di rumore scuro (pochi Hz), che altrimenti degradare la fedeltà dello stato condizionale. </li></ol> 3. Quantum Stato Tomografia dalla rivelazione omodina <ol><li> Rilevare lo stato annunciato con una rivelazione omodina bilanciata composta da un divisore di fascio 50/50 in cui il campo per caratterizzare e una forte onda continua oscillatore locale (LO, 6 mW) è presente interferire, e una coppia di alta quantistica efficiency fotodiodi InGaAs. </li><li> Al fine di allineare l&#39;individuazione, iniettare nella cavità OPO un fascio luminoso ausiliario a 1.064 nm e partite in modalità di questa modalità con la modalità LO. Ottenere una visibilità frangia prossimo all&#39;unità. Qualsiasi modalità di disallineamento traduce quadratico in perdite di rilevamento. </li><li> Controllare le proprietà di rivelazione omodina. Con una potenza LO di 6 MW, il limite di rumore colpo (SNL) è piatta fino a 50 MHz. E &#39;più di 20 dB sopra il rumore elettronico a bassa frequenza analisi (MHz), 16 dB sopra alla frequenza di 50 MHz analisi. Questa distanza è un parametro fondamentale in quanto si traduce in perdite di rilevamento (10 dB (20 dB) distanza traduce in una perdita del 10% (1%) efficace) 24. </li><li> Per ogni evento di rilevamento dal rivelatore di singolo fotone, registrare la fotocorrente omodina con un oscilloscopio con una frequenza di campionamento di 5 GS / s durante 100 nsec. Spazzare la fase LO con uno specchio montato PZT durante la misurazione. </li><li> Filtra ciascun segmento registrato con una given funzione della modalità temporale per ottenere ad ogni preparazione con successo un singolo valore quadratura dello stato condizionale. La funzione del modo ottimale per basso guadagno si trova vicino a una funzione esponenziale biadesivo 25 con una costante di decadimento pari all&#39;inverso della banda OPO. La modalità ottimale può essere determinato usando un autofunzione espansione della funzione di autocorrelazione 26. </li><li> Accumula misure (50.000 sono necessari per la tomografia) e post-elaborare i dati con un algoritmo di massima verosimiglianza 27. Questa procedura permette di ricostruzione della matrice densità dello stato annunciato e la funzione di Wigner corrispondente 8. </li></ol> 4. Preparazione condizionale di fotone singolo Stato con un OPO Type-II <ol><li> Pompare il tipo II OPO molto al di sotto della soglia (1 mW qui per una soglia di 80 mW) per avere una probabilità molto bassa di coppie multiphoton. </li></ol> 5. Preparazione condizionale della CoherentSovrapposizione Stato con un tipo I OPO <ol><li> Controllare la depressione spremuto generato dal OPO vicino a soglia con un analizzatore di spettro. Gli spettri di rumore misurati sono mostrati in figura 3. </li><li> Azionare il OPO ad una potenza della pompa che permette l&#39;osservazione di circa 3 dB di spremitura a basse frequenze banda laterale (pochi MHz). </li><li> Nella misurazione omodina, l&#39;informazione di fase è importante per gli stati di fase dipendenti come lo stato CSS. Scansione fase LO con un&#39;onda a dente di sega 10 Hz con un duty cycle del 90% (corrispondente ai 90 msec di tempo di misura e 10 msec periodo di bloccaggio.) Sincronizzare la scansione per assicurarsi che durante il periodo di misurazione, vi è un unico spazzata unidirezionale dello specchio montato PZT. </li><li> Utilizzare il segnale omodina per misurare la varianza e quindi dedurre la fase di quadratura misurata. </li></ol>

<ol>
	<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>

Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.

La tecnica di preparazione condizionale qui presentata è sempre un&#39;interazione tra la risorsa bipartito iniziale e la misura effettuata dal rivelatore foriera. Queste due componenti influenzano fortemente le proprietà quantistiche dello stato generato. In primo luogo, la purezza degli stati preparati dipende fortemente quello della risorsa iniziale, quindi è necessario un OPO &#39;buona&#39;. Che cosa è un OPO &#39;buono&#39;? Si tratta di un dispositivo per il quale il η efficienza...

La capacità di progettare lo stato quantico di viaggiare campi ottici è un requisito fondamentale per l&#39;informazione quantistica scienza e la tecnologia 1, compresa la comunicazione quantistica, informatica e metrologia. Qui, si discute la preparazione e caratterizzazione di alcuni stati quantistici specifici utilizzando come risorsa primaria della luce emessa da onda continua parametrici ottici oscillatori 3,4 operati sotto soglia. In particolare, saranno prese in considerazione due sistemi - un OPO fase corrispondenza di tipo II e di tipo-I OPO - consentire rispettivamente la generazione affidabile dei annunciata singoli fotoni e di sovrapposizioni ottiche coerenti statali (CSS), cioè gli stati del modulo | α &gt; - |-α&gt;. Questi stati sono risorse importanti per l&#39;attuazione di una varietà di protocolli di informazione quantistica, che vanno da lineare computazione quantistica ottica 6 ai protocolli ibridi ottico 5,7. Significativamente, il metodo p<html> risentito qui permette di ottenere una bassa mescolanza di vuoto e l&#39;emissione in una modalità spaziotemporale ben controllata. In generale, stati quantistici possono essere classificati come stati Gaussiani e stati non gaussiani secondo la forma della distribuzione quasi-probabilità nello spazio fase chiamata funzione di Wigner W (x, p) 8. Per gli stati non-gaussiana, la funzione di Wigner può assumere valori negativi, un forte firma del non-classicità. Singolo fotone o sovrapposizioni stato coerente sono infatti stati non-gaussiana. Una procedura efficiente per generare tali stati è noto come la tecnica di preparazione condizionale, se una risorsa gaussiana iniziale è combinato con una cosiddetta misurazione non gaussiana come 9,10,11,12,13 conteggio di fotoni. Questo schema generale, probabilistica ma annunciata, è disegnato in Figura 1a. &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; Figura 1. (A) Schema concettuale della tecnica di preparazione condizionale. (B) preparazione condizionale di Stato di singoli fotoni da coppie di fotoni polarizzati ortogonalmente-(tipo II OPO) separati su un divisore di fascio polarizzante. (C) la preparazione condizionale di una sovrapposizione stato coerente sottraendo un singolo fotone da uno stato di vuoto spremuto (tipo I OPO). Misurando una modalità di stato di entanglement bipartito, l&#39;altra modalità viene proiettato in uno stato che dipende questa misura e sulla risorsa impigliato iniziale 12,13. Quali sono le risorse occorrenti e rivelatore foriera necessaria per generare gli stati di cui sopra? Stati singolo fotone possono essere generati utilizzando fasci gemelli, cioè fotoni numero travi correlato. Il rilevamento di un singolo pHoton su una modalità poi annuncia la generazione di un singolo fotone dall&#39;altro modalità 9,10,14,15. Una frequenza degenere tipo II OPO 16,17,18,19 è davvero una fonte particolarmente adatto a questo scopo. Segnale e folli fotoni sono fotoni numero correlati e emessi con polarizzazioni ortogonali. Rilevare un singolo fotone su una modalità di polarizzazione proietta l&#39;altro in uno stato a singolo fotone, come mostrato in Figura 1b. Riguardo sovrapposizioni stato coerente, possono essere generati sottraendo un singolo fotone da uno stato di vuoto spremuto 20 ottenuta sia per pulsata singolo passaggio parametrica down-conversione 11,21 o da un tipo-I opo 22,23. La sottrazione viene eseguita toccando una piccola frazione della luce su un divisore di raggio e rilevare un singolo fotone in questa modalità (figura 1c). Un vuoto spremuto è una sovrapposizione anche di fotoni numero di Stati, sottraendo in tal modo un singolo fotone portaad una sovrapposizione di dispari fotone-numerici Uniti, che hanno una elevata fedeltà con una sovrapposizione lineare di due stati coerenti di ampiezza uguale e piccola. Per questo motivo, il nome di &#39;Schrödinger kitten&#39; stato talvolta dato a questo stato. La procedura generale per la generazione di questi stati è pertanto simile, ma differisce dalla fonte di luce primaria. Filtraggio del percorso e delle tecniche di rivelazione annunciando sono le stesse indipendentemente dal tipo di OPO utilizzato. L&#39;attuale serie di protocolli di dettaglio come generare questi due stati non gaussiani da onda continua oscillatori parametrici ottici e come caratterizzarli con alta efficienza.

<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

Ingegneria stati non classici del campo elettromagnetico è una missione centrale per l&#39;ottica quantistica 1,2. Oltre al loro significato fondamentale, questi stati sono infatti le risorse per l&#39;attuazione di diversi protocolli, che vanno da una maggiore metrologia quantistica alla comunicazione e informatica. Una varietà di dispositivi può essere utilizzata per generare stati non classici, come emettitori singoli, interfacce luce-materia o sistemi non lineari 3. Facciamo qui sull&#39;impiego di un onda continua oscillatore parametrico ottico 3,4. Questo sistema si basa su un χ non lineare cristallo 2 inserito all&#39;interno di una cavità ottica ed è ormai ben noto come una fonte molto efficiente della luce non classica, come monomodale o bimodale spremuto vuoto a seconda del cristallo phase matching. Spremuto a vuoto è uno stato gaussiana come sue distribuzioni in quadratura seguono una statistica gaussiana. Tuttavia, è stato dimostrato che il numero di protocolli richiedono non Gaussian dichiara 5. Generazione direttamente questi stati è un compito difficile e richiederebbe una forte χ 3 non-linearità. Un&#39;altra procedura, probabilistica ma annunciata, consiste nell&#39;utilizzare un non-linearità misurazione indotta tramite una tecnica di preparazione condizionato utilizzati sugli stati gaussiani. Qui, i dettagli del protocollo di questa generazione per due stati non-gaussiana, lo stato di singolo fotone e una sovrapposizione di stati coerenti, utilizzando due oscillatori parametrici diversamente fase appaiati come risorse primarie. Questa tecnica consente di raggiungimento di un alta fedeltà con lo Stato mirato e la generazione dello Stato in un modo spazio-temporale ben controllata.

Per il OPO tipo II e la generazione di alta fedeltà Stato singolo fotone: La ricostruzione tomografica dello stato annunciato è mostrato nella Figura 2, in cui vengono visualizzati gli elementi diagonali della matrice densità ricostruito e la funzione di Wigner corrispondente. Senza qualche correzione perdita, lo stato annunciata presenta una componente singolo fotone alto come il 78%. Tenendo conto delle perdite di rilevazione globale (15%), lo stato raggiunge una fedeltà del 91% con uno sta...

Watch this Scientific Journal Video about Quantum State Engineering of Light with Continuous-wave Optical Parametric Oscillators at JoVE.com

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

Descriviamo la generazione affidabile di stati non-gaussiana di viaggiare campi ottici, compresi gli stati di singolo fotone e sovrapposizioni stato coerente, utilizzando un metodo di preparazione condizionale operato la luce non classica emessa da oscillatori parametrici ottici. Di tipo I e tipo II oscillatori fase corrispondenza vengono considerati e procedure comuni, come il filtraggio in frequenza richiesto o ad alta efficienza caratterizzazione stato quantico da homodyning, sono dettagliate.

Quantum Ingegneria State of Light con onda continua Optical Parametric Oscillatori

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

quantum-state-engineering-light-with-continuous-wave-optical

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Engineering

Unit 1

Transient and Steady-state Response Analysis

SCIENTISTS IN ACTION

14.4K Views.  Université Pierre et Marie Curie, Ecole Normale Supérieure, CNRS.  Descriviamo la generazione affidabile di stati non-gaussiana di viaggiare campi ottici, compresi gli stati di singolo fotone e sovrapposizioni stato coerente, utilizzando un metodo di preparazione condizionale operato la luce non classica emessa da oscillatori parametrici ottici. Di tipo I e tipo II oscillatori fase corrispondenza vengono considerati e procedure comuni, come il filtraggio in frequenza richiesto o ad alta efficienza caratterizzazione stato quantico da hom...

Video: 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.

Stoccaggio Quasi-luce per ottiche pacchetti di dati

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

Ricerca

Ingegneria

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 Memoria 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.

Nanofabbricazione di Porta definiti-GaAs / AlGaAs laterali 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.

Fabbricazione e caratterizzazione di polimeri disordinati fibre ottiche per la Trasversale localizzazione di Anderson di Luce

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.

Fabbricazione di cavità uniformi su nanoscala tramite 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.

Costruzione e caratterizzazione di cavità esterne diodi laser per la Fisica Atomica

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.

Fabbricazione e la sperimentazione di microfluidici optomechanical Oscillatori

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.

Area selettiva Modifica della Silicon bagnabilità della superficie da impulsi laser UV irradiazione in ambiente liquido

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.

Fabbricazione di White Light-emitting cellule elettrochimiche con emissione stabile da ecciplessi

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.

Metodologia basata sulla scansione della luce di scansione (SLPS) per valutare quantitativamente la diffusione della luce avanti e indietro dalle lenti intraoculari

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