[論文レビュー] Non-linear and quantum optics of a type II OPO containing a birefringent element Part 2 : bright entangled beams generation

Laurent Longchambon, Julien Laurat+2 more|ArXiv.org|Nov 19, 2003

Photonic and Optical Devices参考文献 27被引用数 12

ひとこと要約

本論文は、直交する偏光状態の信号光とイデアル光の間の位相ロックを用いて、明るく量子相関を持つビームを生成するタイプ-II光パラメトリック発振器（OPO）を提案する。非直交な位 quadrature 測定を最適化することで、量子もつれの著しい増幅が達成され、不確実性基準の顕著な破れが確認され、実験的課題（位相拡散など）にもかかわらず、理想的な周波数縮退OPOに近い性能に近づく。

ABSTRACT

We describe theoretically the quantum properties of atype-II Optical Parametric Oscillator containing a birefringent plate which induces a linear coupling between the orthogonally polarized signal and idler beams and results in phase locking between these two beams. As in a classical OPO, the signal and idler waves show large quantum correlations which can be measured experimentally due to the phase locking between the two beams. We study the influence of the waveplate on the various criteria characterizing quantum correlations. We show in particular that the quantum correlations can be maximized by using optimized quadratures.

研究の動機と目的

• 量子情報応用のための実用的で明るく強いもつれビーム源の開発。
• 周波数非縮退性と位相拡散による標準的OPOにおける位相反相相関測定の実験的制限の克服。
• 屈折性波プレートによる位相ロックが量子相関を強化し、安定したもつれの特徴付けを可能にすることの実証。
• もつれ基準（特に不確実性基準）の破れを最大化するための位 quadrature 測定の最適化。
• EPR相関、不確実性基準、および量子テレポーテーションの精度という複数のもつれ基準を用いたシステム性能の検証。

提案手法

• リングキャビティOPOを用い、χ(2)非線形媒質と、結晶の主軸に対して微小な角度ρで配置された屈折性波プレートを組み込む。
• 古典的定常状態解を動作点のまわりで線形化し、フーリエ領域における入出力理論を用いて量子揺らぎをモデル化する。
• 振幅 quadrature 差と位相 quadrature 和のノイズスペクトルを計算し、標準量子限界未満の量子ノイズ低減を定量的に評価する。
• 波プレートが信号光とイデアル光の間で線形結合を誘導し、自己位相ロックを生じさせ、相対位相を安定化させる。
• 波プレートによる位相回転を用いて場の基底を回転させ、共役 quadrature 和の分散を最小化することで最適 quadrature を特定する。
• もつれはDuanの不確実性基準、量子テレポーテーションの精度、EPR推定誤差を用いて評価され、波プレートの角度と損失パラメータの変動に応じて解析される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 タイプ-IIOPOにおける屈折性波プレートによる位相ロックが、信号光とイデアル光の間の相対位相を安定化させ、測定可能な量子位相反相相関を可能にするか。
• RQ2 波プレートの角度ρが量子相関の強度ともつれ基準の破れに与える影響は何か。
• RQ3 元の場の quadrature とは非直交な最適化 quadrature を用いることで、不確実性基準の破れが顕著に増幅されるか。
• RQ4 系の性能が、もつれ品質の観点で、理想的な周波数縮退OPOにどの程度近づくか。
• RQ5 キャビティ内損失および出力結合が、もつれ相関の頑健性と可視性に与える影響は何か。

主な発見

• 屈折性波プレートの使用により、直交偏光状態の信号光とイデアル光の間で位相ロックが実現され、相対位相が安定化し、測定可能な量子相関が得られる。
• 振幅 quadrature 差と位相 quadrature 和の両方で量子ノイズ低減が観測され、強い量子相関の存在が裏付けられる。
• 最適化 quadrature を用いることで不確実性基準の破れが顕著に向上し、標準的OPOの理想限界2に近づく。
• 波プレート角度ρ = 0.01 radの場合、不確実性基準の破れは標準的OPOとほぼ同一となり、位相拡散に起因する低周波数発散が解消される。
• 量子テレポーテーションの精度とEPR推定誤差基準により、高品質なもつれが確認され、広範な動作パラメータ範囲で頑健な性能を示す。
• 最適 quadrature 回転角度θ_optは解析的に導出され、暗モードの圧縮および相関特性に依存し、最大のもつれ検出を可能にする。