ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Проект направлен на разработку методов приготовления и измерения различных квантовых состояний света, для задач квантовой информации и метрологии. В рамках проекта будут решены следующие задачи: 1. Разработка способов приготовления модифицированных тепловых состояний света за счет отщепления от них заданного числа фотонов и перехода к многомодовому режиму. 2. Исследование метода приготовления широкополосных пространственно-одномодовых бифотонных полей, основанный на фокусировке накачки 3. Исследование возможности генерации трифотонных полей за счет эффекта спонтанного параметрического рассеяния третьего порядка в волноводных и резонаторных структурах Развитые в процессе решения описанных задач методы генерации и измерения квантовых состояний света могут быть применены для создания устройств квантовой связи, элементов квантового компьютера и прецизионных измерительных приборов.
The project aims to develop methods of preparation and measurement of various quantum states of light for applications of quantum information and metrology. In the framework of the project the following tasks will be solved: 1. Development of methods for preparation of modified thermal states of light by subtraction a given number of photons and the transition to a multimode regime. 2. Study of method of preparation of broadband spatial-single-mode biphoton fields based on the pump focusing 3. Study of possibility of generation triphoton fields due to the effect of third-order spontaneous parametric down-conversion in waveguide and resonator structures Methods of generation and measurement of quantum states of light, developed during the process of solving the described problems, can be used for develop devices for quantum communication, elements of a quantum computer and precision measuring instruments.
1.1. Будет создано полное теоретическое описание группы тепловых состояний света с отщеплением произвольного числа фотонов, впервые будет экспериментально продемонстрировано тепловое состояние с отщеплением до 10 фотонов 1.2. Будет экспериментально продемонстрировано, что эффект квантового вампира наблюдается не только для перепутанных состояний света, но и для состояний света с классическими корреляциями. 1.3. Будет экспериментально и теоретически исследовано изменение квадратурного состояния света при переходе от теплового состояния к когерентному посредством увеличения числа временных мод. 2. Будет экспериментально продемонстрирован способ приготовления широкополосного пространственно одномодового бифотонного поля в процессе спонтанного параметрического рассеяния света (СПР) под действием сильно сфокусированной накачки. Также будут проведены теоретические оценки максимальной ширины спектра, которая может быть достигнута с помощью исследуемого метода 3.1. Будет исследована возможность генерации трехфотонных состояний в германатных оптических волокнах. Будет экспериментально и теоретически исследована эффективность генерации, определено влияние оптических шумов, определены максимально возможные скорости генерации трехфотонных состояний 3.2 Будет исследована возможность генерации трехфотонных состояний в микрорезонаторах с модами шепчущих галерей. Будут рассчитаны требуемые характеристики таких резонаторов, подобраны условия для реализации фазового синхронизма и для ввода и вывода излучения из резонатора. Будет создан микрорезонатор, измерена его добротность и проведены пробные эксперименты по генерации трехфотонных состояний.
У авторов есть опыт в генерации и гомодинном детектировании различных квадратурных состояний света. Разработаны прецизионные методы реконструкции квантовых состояний и проведены первые эксперименты по приготовлению и измерению тепловых состояний с отщеплением фотонов. Также у авторов есть большой опыт в разработке методов генерации широкополосных бифотонных полей. Наконец, коллектив уже проводит исследования по оценкам возможности генерации трехфотонных состояний за счет процесса спонтанного параметрического рассеяния третьего порядка.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Приготовление и измерение квантовых состояний света для задач квантовой связи, квантовых вычислений и метрологии |
Результаты этапа: 1. Приготовлены и измерены тепловые состояния света с отщеплением от 1 до 10 фотонов. Впервые условное отщепление одного фотона у тепловых состояний света было продемонстрировано в работе [1]. Далее, было продемонстрировано отщепление нескольких фотонов с использованием детекторов, разрешающих число фотонов [2]. Нами было показано, что можно приготовить тепловое состояние света с отщеплением заданного числа фотонов используя один однофотонный детектор, который не разрешает число фотонов. Для приготовления теплового состояния света лазерное излучение пропускалось через вращающийся диск. Для реализации отщепления фотонов, как и в предыдущих работах, излучение пропускалось через слабо отражающий светоделитель в отражающем канале которого располагался однофотонный детектор. Регистрация фотона соответствует отщеплению фотона у прошедшего через светоделитель состояния. Специфика режима работы была в том, что за счет уменьшения скорости вращения матового диска время корреляции теплового состояния было больше чем мертвое время однофотонного детектора. Таким образом, в течение времени корреляции детектор мог выдать несколько фотоотсчетов, что соответствовало отщеплению нескольких фотонов. Для измерения полученного состояния была использована техника гомодинного детектирования. Для восстановления квантового состояния поля использовалась оригинальная модель на основе компаунд распределения Пуассона по числу фотонов [3], которая позволяет одновременно добиться хорошего согласия с экспериментальными данными и точного определения параметров квантового состояния. В результате, были приготовлены квантовые состояния света с отщеплением заданного числа фотонов от 0 до 10. Все эти состояния были измерены и восстановлены с точностью более чем 99%. 2. Исследована возможность применения эффекта «квантового вампира» к тепловым состояниям света. Суть эффекта «квантового вампира» состоит в том, что при разделении одномодового квантового состояния на несколько мод, уничтожение фотона в одной из мод эквивалентно уничтожению фотона во всех модах одновременно без возмущения модовой структуры. В оригинальной работе [4] этот эффект демонстрировался на фоковских состояниях света и объяснялся перепутыванием мод по числу фотонов. Мы же применили эффект квантового вампира к тепловым состояниям света, и показали, что при отщеплении фотона в одной из мод, в других модах фотон так же отщепляется. Таким образом, было продемонстрировано, что эффект «квантового вампира» не требует перепутанности, а основан на классических корреляциях по числу фотонов. 3. Исследована негауссовость тепловых состояний света с отщеплением заданного числа фотонов. Негауссовы квантовые состояния света играют особую роль в квантовой оптике. Такие состояния необходимы для дистилляции перепутанности, и, кроме того, негауссовость позволяет улучшить протоколы квантовой телепортации. Как правило, негауссовость связывают с неклассичностью, однако это не всегда так. В частности, тепловые состояния с отщеплением заданного числа фотонов являются классическими и негауссовыми одновременно. Теоретически их негауссовость была исследована в работе [5]. В своей работе мы теоретически и экспериментально исследовали связь негауссовости с параметрами компаунд распределения Пуассона В частности, было показано, как негауссовость растет с увеличением количества отщепленных фотонов и падает с увеличением потерь. 1. V. Parigi, A. Zavatta, M. Kim, and M. Bellini, "Probing quantum commutation rules by addition and subtraction of single photons to/from a light field.," Science 317, 1890–1893 (2007). 2. A. Allevi, A. Andreoni, M. Bondani, M. G. Genoni, and S. Olivares, "Reliable source of conditional states from single-mode pulsed thermal fields by multiple-photon subtraction," Phys. Rev. A - At. Mol. Opt. Phys. 82, 13816 (2010). 3. Ю. И. Богданов, Н. А. Богданова, К. Г. Катамадзе, Г. В. Авосопянц, and В. Ф. Лукичев, "Исследование статистики фотонов с использованием компаунд-распределения Пуассона и квадратурных измерений," Автометрия 52, 71–83 (2016). 4. I. A. Fedorov, A. E. Ulanov, Y. V. Kurochkin, and A. I. Lvovsky, "Quantum vampire: collapse-free action at a distance by the photon annihilation operator," Optica 2, 4 (2015). 5. I. Ghiu, P. Marian, and T. A. Marian, "Loss of non-Gaussianity for damped photon-subtracted thermal states," Phys. Scr. T160, 14014 (2014). | ||
2 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Приготовление и измерение квантовых состояний света для задач квантовой связи, квантовых вычислений и метрологии |
Результаты этапа: | ||
3 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Приготовление и измерение квантовых состояний света для задач квантовой связи, квантовых вычислений и метрологии |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".