[論文レビュー] Guided wave technology for a telecom wavelength heralded single photon source

Olivier Alibart, Sébastien Tanzilli+2 more|arXiv (Cornell University)|May 13, 2004

Photonic and Optical Devices参考文献 2被引用数 2

ひとこと要約

本論文では、周期的ポーラリティを持つリチウムニオブ酸塩波導を用いて、自己励起非線形効果による非縮退光子対を生成することで、コンactで安定したハーディング型単一光子源を提示する。1310 nmの信号光子をトリガーとして検出することで、1550 nmでのハーディング効率が0.38に達し、ポisson的光源と比較してマルチ光子発生が10倍に低減される。これにより、通信波長帯のネットワークを用いた実用的量子通信が可能となる。

ABSTRACT

We report on a guided wave heralded photon source based on the creation of non-degenerate photon pairs by spontaneous parametric down conversion in a Periodically Poled Lithium Niobate waveguide. Using the signal photon at 1310 nm as a trigger, a gated detection process permits announcing the arrival of single photons at 1550 nm at the output of a single mode optical fiber with the best probability to date of 0.38. The multi-photon emission probability is reduced by a factor of 10 compared to poissonian light sources. Relying on guided wave technologies such as integrated optics and fiber optics components, our source offers stability, compactness and efficiency and can serve as a paradigm for guided wave devices applied to quantum communication and computation using existing telecom networks.

研究の動機と目的

• 既存の通信インfraストラクチャと互換性のある安定的でコンactかつ効率的な単一光子源の開発。
• ハーディング型単一光子源におけるマルチ光子発生確率の低減による量子状態の忠実度向上。
• 統合光学素子とファイバー部品を活用して、システムの安定性とスケーラビリティの向上。
• 1310 nmの信号光子をトリガーとして用いることで、通信帯（1550 nm）での高いハーディング効率を実証すること。

提案手法

• 周期的ポーラリティを持つリチウムニオブ酸塩波導を用いて、非縮退光子対を自己励起非線形効果で生成する。
• 1550 nmでの単一光子検出のため、1310 nmの信号光子をハーディングトリガーとして用いる。
• ゲート検出を適用して、1550 nm光子の到着時刻を高精度でアナウンスする。
• 波導とファイバー光学部品を統合することで、コンパクト性と安定性を確保する。
• 既存の通信ネットワークの波長（1310 nmおよび1550 nm）を活用して、相互運用性と低損失伝送を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガイド波プラットフォームは、通信帯の波長で高いハーディング効率を達成できるか？
• RQ2 波導ベースのハーディング型光源では、マルチ光子発生をどの程度低減できるか？
• RQ3 波導とファイバー部品の統合は、単一光子源の安定性と効率にどのように影響するか？
• RQ4 このような光源は、既存の通信ネットワークに実用的に導入可能で、量子通信に応用可能か？

主な発見

• 本源は1550 nmで0.38のハーディング効率を達成し、この構成でこれまでで最高の結果を示している。
• マルチ光子発生確率はポisson的光源と比較して10倍に低減され、光子の純度が向上した。
• 波導とファイバー光学部品の統合により、高い安定性とコンパクト性が実現された。
• 通信帯の波長（1310 nmおよび1550 nm）の使用により、既存の光ファイバーインfraストラクチャと高い相互運用性を有している。