[論文レビュー] Conditional quantum state engineering at beam splitter arrays

Jens Clausen, Mohammed Dakna+2 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 1999

Photonic and Optical Devices被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、ビームスプリッタアレイを用いた条件付き量子状態工学の手法を提案し、コherentな変位と光子追加を用いて真空中から任意の1モード量子状態を準備するとともに、ターゲット状態との重なり測定を可能にする。主な貢献は、各ビームスプリッタごとにs-順序付き演算子の積として得られる非ユニタリックな変換演算子であり、透過率・反射率がs-順序を決定する。この手法は、シュレーディンガーのネズミの類縁状態に対して実証された。

ABSTRACT

The generation of arbitrary single-mode quantum states from the vacuum by alternate coherent displacement and photon adding as well as the measurement of the overlap of a signal with an arbitrarily chosen quantum state are studied. With regard to implementations, the transformation of the quantum state of a traveling optical field at an array of beam splitters is considered, using conditional measurement. Allowing for arbitrary quantum states of both the input reference modes and the output reference modes on which the measurements are performed, the setup is described within the concept of two-port non-unitary transformation, and the overall non-unitary transformation operator is derived. It is shown to be a product of operators, where each operator is assigned to one of the beam splitters and can be expressed in terms of an s-ordered operator product, with s being determined by the beam splitter transmittance or reflectance. As an example we discuss the generation of and overlap measurement with Schroedinger-cat-like states.

研究の動機と目的

• 真空中からcoherentな変位と光子追加を用いて、任意の1モード量子状態を生成するための手法を開発すること。
• 任意の入力および出力の基準状態に対して、ビームスプリッタアレイにおける条件付き測定に基づく状態工学を可能にすること。
• 透過率および反射率をパrameterとする、一般化された非ユニタリックな変換演算子を導出すること。
• シュレーディンガーのネズミの類縁状態の作成と測定が、この手法によって可能であることを実証すること。
• 線形光的ネットワークにおける条件付き量子状態工学の実装のための理論的枠組みを提供すること。

提案手法

• 本手法は、走行光場の量子状態を条件付き測定によって変換するビームスプリッタアレイを用いる。
• 各ビームスプリッタは、その透過率または反射率によって決定されるs-順序付き演算子の積として表される変換に寄与する。
• 全体の変換は、個々のビームスプリッタ演算子の積としてモデル化され、非ユニタリックな変換演算子を形成する。
• 本手法は、任意の入力基準モードおよび出力基準モードをサポートでき、柔軟な状態工学を可能にする。
• 形式的枠組みは、出力での条件付き測定を用いてシュレーディンガーのネズミの類縁状態を生成および測定する応用に適用される。
• 導出は2端子非ユニタリック変換理論に基づき、各ビームスプリッタ段階の明示的な演算子表現が導出される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 coherentな変位と光子追加のみを用いて、真空中から任意の1モード量子状態をどのように工学することができるか？
• RQ2 条件付き測定を伴うビームスプリッタアレイから生じる非ユニタリック変換の数学的構造は何か？
• RQ3 ビームスプリッタの透過率または反射率が、変換における結果の演算子のs-順序にどのように影響するか？
• RQ4 提案手法により、高い忠実度でシュレーディンガーのネズミの類縁状態を生成および測定できるか？
• RQ5 条件付き測定下でのビームスプリッタネットワークにおける変換演算子の一般形は何か？

主な発見

• 全体の非ユニタリック変換演算子は、透過率または反射率によって決定されるs-順序付き演算子の積として導出された。
• 本手法により、coherentな変位と光子追加を用いて、真空中からの任意の1モード量子状態の条件付き準備が可能である。
• 形式的枠組みは、任意の入力および出力基準状態をサポートしており、柔軟な状態工学を可能にする。
• 本手法は、シュレーディンガーのネズミの類縁状態の生成および重なり測定に適用可能であることが実証された。
• 変換は2端子非ユニタリックフレームワーク内に表現され、線形光的ネットワークにおける状態工学の体系的手段を提供する。
• 導出された演算子構造により、条件付き測定を用いたビームスプリッタアレイを通じた量子状態の進化に対する正確な制御が可能になる。