Este trabalho é apoiado pela ERA-NET chist-ERA (projeto &#39;QScale&#39;) e pela ERC concessão de partida &quot;HybridNet &#39;. F. Barbosa agradece o apoio da CNR e FAPESP, e K. Huang o apoio da Fundação para o Autor da National Excelente Tese de Doutorado da China (PY2012004) e do Conselho de Bolsas de Estudo da China. C. e J. Fabre Laurat são membros do Institut Universitaire de France.

1. Oscilador paramétrico ótico <ol><li> Construa uma cavidade linear semimonolithic 4 cm de comprimento (para melhorar a estabilidade mecânica e redução das perdas intracavitários). O espelho de entrada é revestido directamente sobre uma das faces do cristal não linear. </li><li> Escolha de um acoplador de reflexão de entrada de 95% para a bomba a 532 nm e de alta reflexão para o sinal e complementar a 1.064 nm. Inversamente, escolher o acoplador de saída a ser altamente reflector para a bomba e de transmitância T = 10% para a infravermelho. A faixa espectral livre da OPO é igual a Δω = 4,3 GHz ea largura de banda é de cerca de 60 MHz. Faça a cavidade triplamente ressonante, ou seja, para a bomba e para os campos convertidos para baixo. </li><li> Usar um cristal de KTP para o sistema OPO tipo II ou de um cristal PPKTP para o tipo I OPO. Temperatura estabilizar os cristais nas suas temperaturas de correspondência de fase. </li><li> O uso como uma fonte de laser de frequência de onda contínua dobrada laser Nd: YAG. Bombear o OPO a 532 nm e em utilizar ofrared luz, depois da filtragem espacial por uma cavidade de elevada finesse (modo mais limpo), como um oscilador local (LO) para a detecção homódina. </li><li> Alcançar o modo de correspondência entre a bomba eo modo da cavidade. </li><li> Bloquear o comprimento da cavidade na ressonância bomba pela técnica Pound-Drever-Hall. Para este fim, aplicam-se uma modulação de electro-óptico 12 MHz para a bomba e detectar a luz reflectida de volta, a partir da cavidade, com um isolador óptico. </li></ol> 2 Condicional Preparação:. Filtrando o Caminho Heralding <ol><li> Separa-se a saída OPO em dois modos. Um corresponde ao modo anunciador, enquanto o outro é o estado anunciado que será detectado através da detecção homódina. </li><li> Orientar o modo de proclamação para o detector de fóton único. Especificamente, para o OPO tipo II, separar o sinal e complementar modos ortogonais por um separador de feixe polarizado (PBS). Para o tipo I OPO, bater para fora uma pequena fração (3%) do vácuo espremido por umadivisor de feixe (BS). </li><li> Filtrar o modo anunciador para remover as frequências dos modos não degeneradas, devido à cavidade OPO. Para um OPO, a saída de facto contém muitas correlacionados, mas espectralmente modos separados em pares, ω 0 + nô ω e ω 0-nô ω onde n é um número inteiro. Para gerar um estado anunciou na freqüência da portadora, é necessário para filtrar todos esses modos não-degenerados. <ol><li> Use primeiro um filtro interferencial com uma largura de banda de 0,5 nm. </li><li> Adicionar uma cavidade linear caseiro Fabry-Perot com uma faixa espectral livre de 330 GHz e uma largura de banda de 300 MHz (comprimento em torno de 0,4 mm e finesse em torno de 1.000). A largura de banda da cavidade é escolhida para ser maior do que a do OPO e a faixa espectral livre para ser maior do que a janela do filtro interferencial frequência. </li><li> Atingir pelo menos uma rejeição geral de 25 dB dos modos não-degenerados. </li></ol></li><li> Tranque a filtragem Fabry-Perot cavidade pela técnica dither-and-lock. <ol><li> Para este fim, injecta-se um feixe auxiliar de propagação para trás, através de um interruptor óptico e rejeitá-la na entrada da cavidade de filtragem por um isolador óptico. Detectar a luz na saída. </li><li> Tranque a cavidade durante 10 ms e começar após o período de medição para 90 ms com o auxiliar-beam off. </li></ol></li><li> Detectar o modo proclamação filtrada por um detector de fóton único durante o período de medição. Um detector de fóton único supercondutor (SSPD) é usado para limitar a quantidade de ruído escuro (alguns Hz), que de outra forma seria degradar a fidelidade do estado condicional. </li></ol> 3. Quantum Estado Tomografia por Detecção homodinas <ol><li> Detectar o estado anunciado com uma detecção homódina equilibrada composta por um divisor de feixe 50/50 em que o campo de caracterizar e de onda contínua forte do oscilador local (LO, 6 mW) são trazidos para interferir, e um par de ef alta quânticoiciency fotodiodos de InGaAs. </li><li> A fim de alinhar a detecção, injetar na cavidade OPO um feixe auxiliar brilhante em 1064 nm e modo de jogo de modo com o modo LO. Conseguir uma visibilidade franja próximo da unidade. Qualquer modo de incompatibilidade se traduz de forma quadrática em perdas de detecção. </li><li> Verifique as propriedades de detecção homodinas. Com uma potência LO de 6 mW, o limite de ruído tiro (SNL) é plana até 50 MHz. É mais do que 20 dB acima do ruído eletrônico em baixa freqüência de análise (MHz), 16 dB acima na frequência de análise de 50 MHz. Esta distância é um parâmetro crítico, uma vez que se traduz em perdas no detecção (uma distância de 10 dB (20 dB), traduz-se numa perda de 10% (1%) eficaz) 24. </li><li> Para cada evento de detecção do detector de fóton único, gravar a fotocorrente homodinas com um osciloscópio com uma taxa de amostragem de 5 Gs / s durante 100 nanossegundos. Varrer a fase LO com um espelho montado no PZT, durante a medição. </li><li> Filtro de cada segmento gravado com um given função do modo temporal, para obter em cada preparação bem sucedida um valor único de quadratura do estado condicional. A função do modo ideal para o baixo ganho está perto de uma função exponencial dupla face 25 com uma constante de decaimento igual ao inverso da largura de banda OPO. O modo ideal também podem ser encontrados através da utilização de uma expansão autofuncao da função de autocorrelação 26. </li><li> Acumule medições (50.000 são necessários para a tomografia) e pós-processamento dos dados com um algoritmo de máxima verossimilhança 27. Este procedimento permite a reconstrução da matriz densidade do estado anunciada e a função de Wigner correspondente 8. </li></ol> 4. Preparação condicional de Fóton Único Estado com um Type-II OPO <ol><li> Bomba do tipo II OPO muito abaixo do mínimo (1 mW aqui para um limiar de 80 mW) para ter uma probabilidade muito baixa de pares multiphoton. </li></ol> 5. Preparação condicional de CoherentSuperposição Estado com um tipo I OPO <ol><li> Verifique a vácuo espremido gerado pelo OPO perto de limiar com um analisador de espectro. Os espectros de ruído medidos estão apresentados na Figura 3. </li><li> Operar o OPO com uma potência da bomba permitindo a observação de cerca de 3 dB de espremer em freqüências baixas banda lateral (poucos MHz). </li><li> Na medição homodinas, a informação da fase é importante para estados dependentes de fase, tais como o estado de CSS. Digitalizar a fase LO com uma onda de 10 Hz dente de serra com um ciclo de trabalho de 90% (correspondente a 90 ms de tempo de medição e 10 ms de período de bloqueio.) Sincronizar a varredura para ter certeza de que, durante o período de medição, não há um único varredura unidirecional do espelho montado no PZT. </li><li> Usar o sinal homodinas para medir a variação e, em seguida, inferir a fase de quadratura medido. </li></ol>

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

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

A técnica de preparação condicional apresentado aqui é sempre uma interação entre o recurso bipartido inicial ea medição realizada pelo detector de proclamação. Estes dois componentes influenciam fortemente as propriedades quânticas do estado gerado. Em primeiro lugar, a pureza dos estados preparadas depende fortemente o do recurso inicial, assim, é necessária uma &quot;boa&quot; OPO. O que é um &quot;bom&quot; OPO? É um dispositivo para o qual a eficiência η fuga é próxim...

A capacidade de projetar o estado quântico de viajar campos ópticos é um requisito central para a ciência da informação quântica e tecnologia 1, incluindo a comunicação quântica, computação e metrologia. Aqui, vamos discutir a preparação e caracterização de alguns estados quânticos específicos usando como principal recurso a luz emitida por onda contínua osciladores paramétricos ópticos 3,4 operados abaixo do limiar. Especificamente, dois sistemas será considerado - uma OPO pareados por fase tipo II e tipo I OPO - permitindo, respectivamente, a geração confiável de anunciavam-fótons individuais e de superposições ópticos coerentes estaduais (CSS), ou seja, estados de forma | α &gt; - |-α&gt;. Esses estados são importantes recursos para a execução de uma variedade de protocolos de informação quântica, que vão desde linear computação quântica óptica 6 a protocolos híbridos ópticos 5,7. Significativamente, o método p<html> ressentido aqui permite a obtenção de uma mistura de baixo vácuo e o nível de emissões para um modo de espaço-temporal bem controlada. De um modo geral, os estados quânticos podem ser classificados como membros de Gauss e estados não-Gaussiana de acordo com a forma da distribuição quase probabilidade no espaço de fase denominada função Wigner W (x, p) 8. Para os estados não-Gauss, a função de Wigner pode assumir valores negativos, uma forte assinatura de não classicality. Fótons simples ou superposições coerentes estaduais são de fato estados não-gaussianas. Um processo eficiente para a geração de tais estados é conhecida como a técnica de preparação condicional, em que um recurso de Gauss inicial é combinado com uma chamada medição não-Gaussiana, tais como contagem de fotões 9,10,11,12,13. Este regime geral, mas probabilística anunciada, é esboçado na Figura 1a. &quot;Fo: Content-width =&quot; 5 polegadas &quot;fo: src =&quot; / files/ftp_upload/51224/51224fig1highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51224/51224fig1.jpg &quot;/&gt; Figura 1. (A) Esquema conceptual da técnica de preparação condicional. (B) preparação condicional do estado de fóton único de pares de fótons ortogonalmente polarizadas (tipo II OPO) separados em um divisor de feixe de polarização. (C) preparação condicional de uma superposição de estados coerentes, subtraindo um único fóton de um estado de vácuo espremido (tipo I OPO). Ao medir um modo de um estado emaranhado bipartido, o outro modo é projetado em um estado que dependem desta medida e que o recurso inicial emaranhado 12,13. Quais são os recursos e detector proclamação necessária para gerar os estados acima mencionados? Estados de fóton único podem ser gerados usando feixes gêmeos, ou seja, photon-número vigas correlacionados. A detecção de um único photon em um modo em seguida, anunciar a geração de um único fotão de outro modo 9,10,14,15. Uma frequência degenerada tipo II OPO 16,17,18,19 é de facto uma fonte bem adaptado para esta finalidade. Fótons de sinal e inativos são fóton-número correlacionados e emitida com polarizações ortogonais. A detecção de um único fotão de um modo de polarização projecta a outra em um estado de um fotão, como mostrado na Figura 1b. Relativamente sobreposições estado coerentes, que pode ser gerado por subtracção de um único fotão de um estado de vácuo espremido 20 obtido por pulsada paramétricos de uma única passagem de conversão para baixo 11,21 ou por um tipo I OPO 22,23. A subtração é feita tocando uma pequena fração da luz em um feixe divisor e detectar um único fóton neste modo (Figura 1c). Um vácuo espremido é uma superposição de estados, mesmo fóton-numéricas, subtraindo, assim, um único fóton levaa uma superposição de estados de fótons-número ímpar, que tem uma alta fidelidade com uma superposição linear de dois estados coerentes de amplitude igual e pequenos. Por este motivo, o nome &#39;Schrödinger gatinho &quot;às vezes tem sido dada a este estado. O procedimento geral para a geração destes estados é, portanto, semelhante, mas difere por a fonte de luz primária. Filtragem das técnicas de detecção de caminho e anunciando são os mesmos qualquer que seja o tipo de OPO utilizada. A presente série de protocolos de detalhes como gerar esses dois estados não-gaussianos de onda contínua osciladores paramétricos ópticos e como caracterizá-los com alta eficiência.

<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

Engenharia estados não-clássicos do campo eletromagnético é uma busca central de óptica quântica 1,2. Além de seu significado fundamental, esses estados são realmente os recursos para a implementação de vários protocolos, que vão desde reforçada metrologia para comunicação quântica e computação. Uma variedade de dispositivos podem ser utilizados para gerar os estados não clássicos, tais como emissores individuais, interfaces de matéria leve ou sistemas não lineares 3. Nós nos focamos em o uso de uma onda contínua oscilador paramétrico óptico 3,4. Este sistema baseia-se num cristal de 2 χ não linear inserido no interior de uma cavidade óptica, e é agora conhecida como uma fonte muito eficaz de luz não clássico, tal como de modo único ou de dois modos vácuo espremido, dependendo do cristal casamento de fase. Vácuo espremido é um estado de Gauss como suas distribuições quadratura seguir estatísticas de Gauss. No entanto, demonstrou-se que o número de protocolos exigem não GausSian afirma 5. Gerando diretamente tais estados é uma tarefa difícil e exigiria forte χ 3 não-linearidades. Um outro procedimento, mas probabilística anunciada, consiste na utilização de um não-linearidade induzida por medição através de uma técnica de preparação condicional operado em estados de Gauss. Aqui, detalhe protocolo esta geração para dois estados não-Gauss, o estado de fóton único e uma superposição de estados coerentes, utilizando dois osciladores paramétricos diferente combinado de fase como recursos primários. Esta técnica permite a realização de uma alta fidelidade com o estado alvo e geração do estado em um modo de espaço-temporal bem controlada.

Para o OPO tipo II ea geração de alta fidelidade estado único fóton: A reconstrução tomográfica do estado anunciado é mostrado na Figura 2, onde os elementos da diagonal da matriz de densidade reconstruída e a função de Wigner correspondentes são exibidas. Sem as correções de perda, o estado anunciou exibe uma componente single-photon tão alta quanto 78%. Ao levar em conta as perdas de detecção geral (15%), o estado atinge uma fidelidade de 91% com um estado de fóton único. O c...

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

Nós descrevemos a geração confiável de estados não-gaussianos de viajar campos ópticos, incluindo estados de fóton único e superposições estaduais coerentes, utilizando um método de preparação condicional explorados a luz não-clássica emitida por osciladores paramétricos ópticos. Osciladores combinado de fase tipo I e tipo II são considerados e procedimentos comuns, como a filtragem necessária frequência ou de alta eficiência caracterização estado quântico por homodyning, são detalhados.

Quantum Estadual de Engenharia de Luz com onda contínua Optical Parametric osciladores

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 visualizações.  Université Pierre et Marie Curie, Ecole Normale Supérieure, CNRS.  Nós descrevemos a geração confiável de estados não-gaussianos de viajar campos ópticos, incluindo estados de fóton único e superposições estaduais coerentes, utilizando um método de preparação condicional explorados a luz não-clássica emitida por osciladores paramétricos ópticos. Osciladores combinado de fase tipo I e tipo II são considerados e procedimentos comuns, como a filtragem necessária frequência ou de alta eficiência caracterização estado ...

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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.

Armazenamento Quasi-luz para os pacotes de dados ópticos

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

Engenharia

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.

Gradiente eco Quantum Memória em 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.

Nanofabricação de GaAs / AlGaAs Quantum Dots laterais de porta definidos

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.

Fabricação e caracterização de polímeros desordenados fibras ópticas para Transverse Anderson localização da Luz

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.

Fabricação de cavidades de nanoescala uniformes 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 ...

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.

Construção e Caracterização de externas Cavity lasers de diodo para Física Atômica

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.

Fabricação e Teste de microfluídicos optomechanical osciladores

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.

Seletiva Área Modificação de Superfície Wettability Silicon por Pulsed Laser irradiação UV em meio líquido

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.

Fabricação de White Light-emitting células eletroquímicas com emissão estável de 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.

Metodologia baseada em Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) para avaliar quantitativamente a dispersão de luz para frente e para trás a partir de lentes intraoculares

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