[論文レビュー] A fiber-coupled wavelength tunable source of narrowband entangled photons

Alessandro Fedrizzi, Thomas Herbst+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 19, 2007

Mechanical and Optical Resonators被引用数 2

ひとこと要約

本論文では、25 mm の PPKTP結晶を用いた偏光Sagnac干渉計を用いて、狭帯域偏光もつれ光子の繊維結合可能で波長可変な光源を提案する。この光源は、273,000 対/(s·mW·nm) のスペクトル輝度と、T=0.987 のたるみ（tangle）を達成し、従来の光源と比較して輝度が28倍向上した一方で、広い波長範囲にわたり高いもつれ忠実度を維持している。

ABSTRACT

We demonstrate a wavelength-tunable, fiber-coupled source of polarization-entangled photons with extremely high spectral brightness and quality of entanglement. Using a 25 mm PPKTP crystal inside a polarization Sagnac interferometer we detect a spectral brightness of 273000 pairs/(s mW nm), a factor of 28 better than comparable previous sources while state tomography showed the two-photon state to have a tangle of T=0.987. This improvement was achieved by use of a long crystal, careful selection of focusing parameters and single-mode fiber coupling. We demonstrate that, due to the particular geometry of the setup, the signal and idler wavelengths can be tuned over a wide range without loss of entanglement.

研究の動機と目的

• 実用的な量子通信システムに適した高輝度で繊維結合可能なもつれ光子源の開発を目的とする。
• 信号光子およびイジール光子の波長を広く可変可能にしつつ、もつれ品質を劣化させないことを目的とする。
• 既存の光源を上回るスペクトル輝度を達成しつつ、高精度な二光子もつれ状態を維持することを目的とする。
• 単モード光ファイバー結合を用いて、既存のファイバー光回線インfraに統合可能であることを目的とする。

提案手法

• 自発的パラメトリック下変換の非線形媒質として、25 mm の周期的ポリングKTiOPO4（PPKTP）結晶が用いられる。
• 結晶は偏光Sagnac干渉計内に配置され、偏光もつれ光子対が生成される。
• 焦点条件および結晶長の最適化により、スペクトル輝度が向上し、モード品質が維持される。
• 単モード光ファイバー結合を採用することで、もつれ光子を効率的に集光・伝送し、標準的な光ファイバーに接続できる。
• 温度または結晶の向きを調整することで位相整合条件を変更し、波長の可変性を実現する。
• もつれ忠実度の定量的評価には、たるみ指標を用いた状態トモグラフィーが実施される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 繊維結合可能で波長可変な狭帯域もつれ光子源は、既存のシステムと比較して著しく高いスペクトル輝度を達成できるか？
• RQ2 信号光子およびイジール光子の波長をどの程度広く可変可能にしつつも、高いもつれ忠実度を維持できるか？
• RQ3 長尺なPPKTP結晶と最適化された焦点条件の使用が、スペクトル輝度およびもつれ品質にどのように影響を与えるか？
• RQ4 繊維結合構成において、高スペクトル輝度と高たるみを同時に達成できるか？

主な発見

• 本源は、273,000 対/(s·mW·nm) のスペクトル輝度を達成し、類似した既存の光源と比較して28倍の向上を実現した。
• 二光子状態のたるみは T=0.987 であり、ほぼ最大のもつれ忠実度を示している。
• Sagnac干渉計の幾何構造のおかげで、信号光子およびイジール光子の広い波長範囲にわたり高いもつれ品質が維持されている。
• 単モード光ファイバー結合により、ファイバー基盤の量子ネットワークへの効率的統合が可能である。
• 長尺なPPKTP結晶と最適化された焦点条件が、高スペクトル輝度の達成に不可欠である。
• 高輝度と広い可変性の両立により、本源はスケーラブルな量子通信アプリケーションに適している。