Afdeling Natuurkunde, Universiteit Paderborn, Warburger Strasse 100, D-33098 Paderborn, Duitsland
Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.
Abstract
Niet-lineaire SU (1,1) -interferometers zijn vruchtbare en veelbelovende tools voor spectrale engineering en nauwkeurige metingen met fasegevoeligheid onder de klassieke grens. Dergelijke interferometers zijn met succes gerealiseerd in bulk- en vezelgebaseerde configuraties. Snel ontwikkelende geïntegreerde technologieën zorgen echter voor hogere efficiëntie, kleinere footprints en effenen de weg voor kwantum-verbeterde interferometrie op de chip. In dit werk hebben we theoretisch een geïntegreerde architectuur gerealiseerd van de multimode SU (1,1) -interferometer die kan worden toegepast op verschillende geïntegreerde platforms. De gepresenteerde interferometer bevat een polarisatie-omzetter tussen twee fotonenbronnen en maakt gebruik van een continue-golfpomp (CW). Op basis van het kaliumtitanylfosfaat (KTP) -platform laten we zien dat deze configuratie resulteert in bijna perfecte destructieve interferentie aan de output en overgevoeligheidsgebieden onder de klassieke limiet. Daarnaast bespreken we het fundamentele verschil tussen single-mode en zeer multimode SU (1,1) -interferometers in de eigenschappen van fasegevoeligheid en zijn limieten. Ten slotte onderzoeken we hoe we de fasegevoeligheid kunnen verbeteren door de outputstraling te filteren en verschillende zaaitoestanden in verschillende modi te gebruiken met verschillende detectiestrategieën.
Uitgelichte afbeelding: Aan de linkerkant: schematisch model van de geïntegreerde SU (1,1) -interferometer. Aan de rechterkant: de fasegevoeligheid genormaliseerd naar schotruisgrens versus fase bij verschillende versterkingen.
Populaire samenvatting
In dit manuscript presenteren we een geoptimaliseerd ontwerp van een geïntegreerde niet-lineaire interferometer die wordt gekenmerkt door een breed scala aan spectrale modi. Het doordachte ontwerp is gebaseerd op echte multimode fotonenbronnen en maakt het mogelijk om effecten als gevolg van materiaalverspreiding te compenseren, waardoor de zichtbaarheid van het interferentiepatroon wordt gemaximaliseerd. De ontwikkelde interferometer werkt in een zeer gevoelig regime met een nauwkeurigheid die de klassieke grens overschrijdt, wat nooit is aangetoond in geïntegreerde platforms.
Wij zijn van mening dat dit werk de weg effent voor een nieuwe klasse hoogwaardige geïntegreerde interferometers, die sterke implicaties kunnen hebben voor toekomstige kwantumtechnologieën.
► BibTeX-gegevens
► Referenties
[1] MV Tsjechov en ZY Ou "Niet-lineaire interferometers in kwantumoptica" Advances in Optics and Photonics 8, 104-155 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1364 / AOP.8.000104
http: / / aop.osa.org/ abstract.cfm? URI = aop-8-1-104
[2] Carlton M. Caves "Kwantummechanische ruis in een interferometer" Physical Review D 23, 1693-1708 (1981).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.23.1693
[3] Carlton M. Caves "Kwantumgrenzen voor ruis in lineaire versterkers" Physical Review D 26, 1817-1839 (1982).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevD.26.1817
[4] Rafal Demkowicz-Dobrzański, Marcin Jarzyna en Jan Kołodyński, "Hoofdstuk vier - Kwantumgrenzen in optische interferometrie" Elsevier (2015).
https: / / doi.org/ 10.1016 / bs.po.2015.02.003
http: / / www.sciencedirect.com/ science / article / PII / S0079663815000049
[5] Sergei Slussarenko, Morgan M Weston, Helen M Chrzanowski, Lynden K Shalm, Varun B Verma, Sae Woo Nam en Geoff J Pryde, "Onvoorwaardelijke schending van de schotruisgrens in fotonische kwantummetrologie" Nature Photonics 11, 700 (2017) .
https://doi.org/10.1038/s41566-017-0011-5
[6] ZY Ou "Fundamentele kwantumgrens bij precisiefasemeting" Physical Review A 55, 2598-2609 (1997).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.55.2598
[7] Jonathan P. Dowling "Kwantum optische metrologie - het dieptepunt van staten met een hoog N00N" Contemporary Physics 49, 125–143 (2008).
https: / / doi.org/ 10.1080 / 00107510802091298
[8] Bernard Yurke, Samuel L. McCall en John R. Klauder, "SU (2) en SU (1,1) interferometers" Physical Review A 33, 4033-4054 (1986).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.33.4033
[9] U. Seyfarth, AB Klimov, H. de Guise, G. Leuchs, en LL Sanchez-Soto, "Wigner-functie voor SU (1,1)" Quantum 4, 317 (2020).
https://doi.org/10.22331/q-2020-09-07-317
[10] Prasoon Gupta, Bonnie L. Schmittberger, Brian E. Anderson, Kevin M. Jones en Paul D. Lett, "Geoptimaliseerde fasedetectie in een afgeknotte SU (1,1) -interferometer" Optics Express 26, 391-401 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.26.000391
http: / / www.opticsexpress.org/ abstract.cfm? URI = oe-26-1-391
[11] Carlton M. Caves "Reframing SU (1,1) Interferometry" Advanced Quantum Technologies 3, 1900138 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1002 / qute.201900138
[12] Mathieu Manceau, Farid Khalili en Maria Chekhova, "Verbetering van de fase-supergevoeligheid van door knijpen ondersteunde interferometers door onbalans van de knijpfactor" New Journal of Physics 19, 013014 (2017).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/aa53d1
[13] Shengshuai Liu, Yanbo Lou, Jun Xin en Jietai Jing, "Quantum Enhancement of Phase Sensitivity for the Bright-Seeded SU (1,1) Interferometer with Direct Intensity Detection" Physical Review Applied 10, 064046 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.10.064046
[14] Xiao Xiao, Hong-Bin Liang, Guo-Long Li en Xiao-Guang Wang, "Enhancement of Sensitivity by Initial Phase Matching in SU (1,1) Interferometers" Communications in Theoretic Physics 71, 037 (2019).
https://doi.org/10.1088/0253-6102/71/1/37
[15] Mathieu Manceau, Gerd Leuchs, Farid Khalili en Maria Chekhova, "Detection Loss Tolerant Supersensitive Phase Measurement with an SU (1,1) Interferometer" Physical Review Letters 119, 223604 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.119.223604
[16] Enno Giese, Samuel Lemieux, Mathieu Manceau, Robert Fickler en Robert W. Boyd, "Fasegevoeligheid van gain-ongebalanceerde niet-lineaire interferometers" Physical Review A 96, 053863 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.96.053863
[17] Jefferson Flórez, Enno Giese, Davor Curic, Lambert Giner, Robert W Boyd en Jeff S. Lundeen, "De fasegevoeligheid van een volledig kwantum-niet-lineaire interferometer met drie modi" New Journal of Physics 20, 123022 (2018).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/aaf3d2
[18] William N Plick, Jonathan P Dowling en Girish S Agarwal, "Coherent-light-boosted, sub-shot noise, quantum interferometry" New Journal of Physics 12, 083014 (2010).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/12/8/083014
[19] Brian E. Anderson, Bonnie L. Schmittberger, Prasoon Gupta, Kevin M. Jones en Paul D. Lett, "Optimale fasemetingen met heldere en vacuümgezaaide SU (1,1) interferometers" Physical Review A 95, 063843 ( 2017).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.95.063843
[20] Dong Li, Chun-Hua Yuan, ZY Ou en Weiping Zhang, "De fasegevoeligheid van een SU (1,1) -interferometer met coherent en geperst vacuümlicht" New Journal of Physics 16, 073020 (2014).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/16/7/073020
[21] Sushovit Adhikari, Narayan Bhusal, Chenglong You, Hwang Lee en Jonathan P. Dowling, "Faseschatting in een SU (1,1) interferometer met verplaatste geperste toestanden" OSA Continuum 1, 438-450 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OSAC.1.000438
http: / / www.osapublishing.org/ osac / abstract.cfm? URI = osac-1-2-438
[22] Li-Li Guo, Ya-Fei Yu en Zhi-Ming Zhang, "Verbetering van de fasegevoeligheid van een SU (1,1) -interferometer met foton-toegevoegd geperst vacuümlicht" Optics Express 26, 29099–29109 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.26.029099
http: / / www.opticsexpress.org/ abstract.cfm? URI = oe-26-22-29099
[23] Xiaoping Ma, Chenglong You, Sushovit Adhikari, Elisha S. Matekole, Ryan T. Glasser, Hwang Lee en Jonathan P. Dowling, "Sub-shot-noise-limited faseschatting via SU (1,1) interferometer met thermische toestanden" Optics Express 26, 18492-18504 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.26.018492
http: / / www.opticsexpress.org/ abstract.cfm? URI = oe-26-14-18492
[24] Jiamin Li, Yuhong Liu, Liang Cui, Nan Huo, Syed M. Assad, Xiaoying Li en ZY Ou, "Gezamenlijke meting van meerdere niet-commuterende parameters" Physical Review A 97, 052127 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.052127
[25] Dong Li, Chun-Hua Yuan, Yao Yao, Wei Jiang, Mo Li en Weiping Zhang, "Effecten van verlies op de fasegevoeligheid met pariteitsdetectie in een SU (1,1) interferometer" Journal of the Optical Society of America B 35, 1080-1092 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1364 / JOSAB.35.001080
http: / / josab.osa.org/ abstract.cfm? URI = josab-35-5-1080
[26] AM Marino, NV Corzo Trejo en PD Lett, "Effect van verliezen op de prestatie van een SU (1,1) interferometer" Physical Review A 86, 023844 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.86.023844
[27] Jun Xin, Hailong Wang en Jietai Jing, "Het effect van verliezen op de kwantumruisonderdrukking in de SU (1,1) -interferometer" Applied Physics Letters 109, 051107 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.4960585
[28] Xiu-Ling Hu, Dong Li, LQ Chen, Keye Zhang, Weiping Zhang en Chun-Hua Yuan, "Faseschatting voor een SU (1,1) -interferometer in aanwezigheid van fasediffusie en fotonverliezen" Physical Review A 98, 023803 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.98.023803
[29] P. Sharapova, AM Pérez, OV Tikhonova en MV Chekhova, "Schmidt-modi in het hoekspectrum van helder geperst vacuüm" Physical Review A 91, 043816 (2015).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.91.043816
[30] Gaetano Frascella, Roman V Zakharov, Olga V Tikhonova en Maria V Chekhova, "Experimentele reconstructie van ruimtelijke Schmidt-modi voor een breedveld SU (1,1) interferometer" Laser Physics 29, 124013 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1555-6611 / ab4bdc
[31] Kirill A. Kuznetsov, Ekaterina I. Malkova, Roman V. Zakharov, Olga V. Tikhonova en Galiya Kh. Kitaeva, "Niet-lineaire interferentie in het sterk niet-gedegenereerde regime en Schmidt-modusanalyse" Physical Review A 101, 053843 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.053843
[32] PR Sharapova, OV Tikhonova, S. Lemieux, RW Boyd en MV Chekhova, "Helder geperst vacuüm in een niet-lineaire interferometer: beschrijving van frequentie en temporele Schmidt-modus" Physical Review A 97, 053827 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.97.053827
[33] Samuel Lemieux, Mathieu Manceau, Polina R. Sharapova, Olga V. Tikhonova, Robert W. Boyd, Gerd Leuchs en Maria V. Chekhova, "Engineering the Frequency Spectrum of Bright Squeezed Vacuum via Group Velocity Dispersion in an SU (1,1 ) Interferometer ”Physical Review Letters 117, 183601 (2016).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.117.183601
[34] Gil Triginer, Mihai D. Vidrighin, Nicolás Quesada, Andreas Eckstein, Merritt Moore, W. Steven Kolthammer, JE Sipe en Ian A. Walmsley, "Understanding High-Gain Twin-Beam Sources using Cascaded Stimulated Emission" Physical Review X 10, 031063 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevX.10.031063
[35] Anna V Paterova en Leonid A Krivitsky "Niet-lineaire interferentie in kristalsuperroosters" Light: Science & Applications 9, 1-7 (2020).
https://doi.org/10.1038/s41377-020-0320-1
[36] G. Frascella, EE Mikhailov, N. Takanashi, RV Zakharov, OV Tikhonova en MV Chekhova, "Wide-field SU (1,1) interferometer" Optica 6, 1233-1236 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OPTICA.6.001233
http: / / www.osapublishing.org/ optica / abstract.cfm? URI = optica-6-9-1233
[37] ZY Ouand Xiaoying Li "Quantum SU (1,1) interferometers: basisprincipes en toepassingen" APL Photonics 5, 080902 (2020).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 5.0004873
[38] Jie Su, Liang Cui, Jiamin Li, Yuhong Liu, Xiaoying Li en ZY Ou, "Veelzijdige en nauwkeurige kwantumtoestandstechniek door gebruik te maken van niet-lineaire interferometers" Optics Express 27, 20479–20492 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OE.27.020479
[39] Joseph M. Lukens, Raphael C. Pooser en Nicholas A. Peters, "Een breedband glasvezel niet-lineaire interferometer" Applied Physics Letters 113, 091103 (2018).
https: / / doi.org/ 10.1063 / 1.5048198
[40] Jeremy O'Brien, Brian Patton, Masahide Sasaki en Jelena Vuc̆ković, "Focus on Integrated Quantum Optics" New Journal of Physics 15, 035016 (2013).
https://doi.org/10.1088/1367-2630/15/3/035016
[41] S. Tanzilli, A. Martin, F. Kaiser, MP De Micheli, O. Alibart, en DB Ostrowsky, "Over het ontstaan en de evolutie van Integrated Quantum Optics" Laser & Photonics Reviews 6, 115–143 (2012).
https: / / doi.org/ 10.1002 / lpor.201100010
[42] Takafumi Ono, Gary F. Sinclair, Damien Bonneau, Mark G. Thompson, Jonathan CF Matthews en John G. Rarity, "Observatie van niet-lineaire interferentie op een fotonische chip van silicium" Optics Letters 44, 1277-1280 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1364 / OL.44.001277
http: / / ol.osa.org/ abstract.cfm? URI = ol-44-5-1277
[43] Justin B. Spring, Benjamin J. Metcalf, Peter C. Humphreys, W. Steven Kolthammer, Xian-Min Jin, Marco Barbieri, Animesh Datta, Nicholas Thomas-Peter, Nathan K. Langford, Dmytro Kundys, James C. Gates, Brian J. Smith, Peter GR Smith en Ian A. Walmsley, "Boson Sampling on a Photonic Chip" Science 339, 798-801 (2013).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1231692
https: / / science.sciencemag.org/ content / 339/6121/798
[44] Alberto Peruzzo, Mirko Lobino, Jonathan CF Matthews, Nobuyuki Matsuda, Alberto Politi, Konstantinos Poulios, Xiao-Qi Zhou, Yoav Lahini, Nur Ismail, Kerstin Wörhoff, Yaron Bromberg, Yaron Silberberg, Mark G.Thompson en Jeremy L. OBrien, "Quantum Walks of Correlated Photons" Science 329, 1500–1503 (2010).
https: / / doi.org/ 10.1126 / science.1193515
https: / / science.sciencemag.org/ content / 329/5998/1500
[45] PR Sharapova, KH Luo, H Herrmann, M Reichelt, T Meier en C Silberhorn, "Toolbox voor het ontwerp van op LiNbO3 gebaseerde passieve en actieve geïntegreerde kwantumschakelingen" New Journal of Physics 19, 123009 (2017).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aa9033
[46] DN Klyshko "Ramsey-interferentie in parametrische verstrooiing van twee fotonen" Journal of Experimental and Theoretic Physics 104, 2676-2684 (1993).
http: / / www.jetp.ac.ru/ cgi-bin / e / index / e / 77/2 / p222? a = lijst
[47] DN Klyshko "Parametrische generatie van twee-foton licht in anisotrope gelaagde media" Journal of Experimental and Theoretic Physics 105, 1574-1582 (1994).
http: / / www.jetp.ac.ru/ cgi-bin / e / index / e / 78/6 / p848? a = lijst
[48] Matteo Santandrea, Michael Stefszky, Vahid Ansari en Christine Silberhorn, "Fabricagegrenswaarden van golfgeleiders in niet-lineaire kristallen en hun impact op kwantumoptica-toepassingen" New Journal of Physics 21, 033038 (2019).
https: / / doi.org/ 10.1088 / 1367-2630 / aaff13
[49] Sten Helmfrid, Gunnar Arvidsson en Jonas Webjörn, "Invloed van verschillende onvolkomenheden op de conversie-efficiëntie van tweede harmonische generatie in quasi-fase-matching lithiumniobaatgolfgeleiders" Journal of the Optical Society of America B 10, 222-229 (1993) .
https: / / doi.org/ 10.1364 / JOSAB.10.000222
http: / / josab.osa.org/ abstract.cfm? URI = josab-10-2-222
[50] David S. Humand Martin M. Fejer "Quasi-phasematching" Comptes Rendus Physique 8, 180–198 (2007) Recente vorderingen in kristaloptiek.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.crhy.2006.10.022
http: / / www.sciencedirect.com/ science / article / PII / S1631070506002349
Geciteerd door
Kon niet ophalen Door Crossref geciteerde gegevens tijdens laatste poging 2021-05-27 12:36:54: Kon geciteerde gegevens voor 10.22331 / q-2021-05-27-461 niet ophalen van Crossref. Dit is normaal als de DOI recent is geregistreerd. Aan SAO / NASA ADS er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2021-05-27 12:36:54).
Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.
Coinsmart. Beste Bitcoin-beurs in Europa
Bron: https://quantum-journal.org/papers/q-2021-05-27-461/
