[論文レビュー] Experimental continuous-variable entanglement of phase-locked bright optical beams

Jietai Jing, Sheng Feng+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 18, 2006

Orbital Angular Momentum in Optics被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、位相ロックされた光誘導効果発振器（OPO）によって生成された二つの明るい光ビーム間の連続変数もつれを実証している。OPO結晶の温度制御により周波数差を161.8273240(5) MHzに安定化させることで、-3 dBの振幅差 squeezing および -1.35 dBの位相和 squeezing を達成し、周波数領域における安定な量子周波数多重化を可能にした。

ABSTRACT

We observed continuous-variable entanglement between two bright beams emitted above threshold by a phase-difference-locked ultrastable optical parametric oscillator. The amplitude-difference squeezing is -3 dB and the phase-sum one is -1.35 dB. The beams are classically phase-locked at a frequency difference of 161.8273240(5) MHz, continuously tunable by the OPO crystal temperature. Such unprecedented frequency-difference stability paves the way for implementing quantum frequency multiplexing and CV quantum information in the frequency domain.

研究の動機と目的

• 位相差ロックされた超高安定光誘導効果発振器を用いて、二つの明るい光ビーム間の連続変数もつれを生成すること。
• 二つの光ビーム間の周波数差に高い周波数安定性を実現し、量子周波数多重化を可能にすること。
• OPO結晶の温度制御により周波数間隔をチューナブルに制御できることを実証すること。
• 連続変数量子情報処理を周波数ドメインで実用的に行えるようにすること。

提案手法

• 位相差ロックされた光誘導効果発振器（OPO）が、しきい値を超える二つの明るいビームを生成する。
• OPOは、二つの出力ビーム間の固定位相差を維持するためにアクティブフィードバックを用いて安定化される。
• ビーム間の周波数差は161.8273240(5) MHzに設定され、OPO結晶の温度を調整することで連続的にチューニング可能である。
• 連続変数もつれの確認のため、振幅差および位相和の四元数分散が測定される。
• ホモダイン検出および周波数ドメインにおける分散測定を用いて、スケーリングレベルが定量的に評価される。
• システムの安定性は長時間にわたり維持され、量子情報応用のための連続運用が可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 位相ロックされたOPOを用いて、二つの明るい光ビーム間で連続変数もつれを生成できるか？
• RQ2 このようなシステムで、振幅差および位相和のスケーリングはどの程度達成できるか？
• RQ3 もつれビーム間の周波数差はどの程度安定しており、連続的にチューニング可能か？
• RQ4 このシステムは周波数ドメインにおける量子周波数多重化をサポートできるか？
• RQ5 OPO結晶の温度が周波数間隔の制御およびもつれの維持に果たす役割は何か？

主な発見

• システムは-3 dBの振幅差スケーリングを達成し、二つの明るいビーム間の強い連続変数もつれが確認された。
• -1.35 dBの位相和スケーリングが観測され、量子相関の存在がさらに裏付けられた。
• ビーム間の周波数差は161.8273240(5) MHzに、類を見ない安定性で安定化された。
• OPO結晶の温度を調整することで周波数差は連続的にチューニング可能であり、量子チャネルの動的制御が可能となった。
• 周波数差の高い安定性とチューナビリティは、連続変数系における量子周波数多重化の実現可能性を支持した。
• 本結果は、周波数ドメインにおける連続変数量子情報処理のスケーラブルなプラットフォームを示した。