[논문 리뷰] Conditional quantum state engineering at beam splitter arrays

Jens Clausen, Mohammed Dakna외 2명|arXiv (Cornell University)|1999. 05. 25.

Photonic and Optical Devices인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 비틀림 스플리터 어레이를 사용한 조건부 양자 상태 공학 방법을 제안하며, 공명 상태에서의 일관된 이동과 광자 추가를 통해 임의의 단일 모드 양자 상태를 준비하고, 목표 상태와의 겹침 측정을 가능하게 한다. 핵심 기여는 각 비틀림 스플리터당 s-순서된 연산자의 곱으로 표현되는 비단위 변환 연산자이며, 투과율/반사율이 s-순서를 결정한다. 이는 셰딩어 고양이 유사 상태에 대해 입증되었다.

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.

연구 동기 및 목표

• 공명 상태에서 일관된 이동과 광자 추가를 사용하여 임의의 단일 모드 양자 상태를 생성하는 방법을 개발하기 위해.
• 임의의 입력 및 출력 기준 상태에 대해 비틀림 스플리터 어레이라인에서 조건부 측정 기반의 상태 공학을 가능하게 하기 위해.
• 투과율과 반사율에 의해 매개변수화된 비단위 변환 연산자에 대한 일반적인 형태를 유도하기 위해.
• 이 방법이 셰딩어 고양이 유사 상태의 생성 및 측정에 가능함을 입증하기 위해.
• 선형 광학 네트워크에서 조건부 양자 상태 공학을 구현하기 위한 이론적 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• 이 방법은 조건부 측정을 통해 이동 광학장의 양자 상태를 변환하는 비틀림 스플리터 어레이를 활용한다.
• 각 비틀림 스플리터는 전체 변환에 기여하는 연산자를 제공하며, 이는 s가 비틀림 스플리터의 투과율 또는 반사율에 의해 결정되는 s-순서된 연산자 곱으로 표현된다.
• 전체 변환은 개별 비틀림 스플리터 연산자의 곱으로 모델링되며, 이는 비단위 변환 연산자로 이어진다.
• 이 방법은 임의의 입력 기준 모드와 출력 기준 모드를 허용하여 민첩한 상태 공학이 가능하다.
• 형식은 조건부 측정을 통해 셰딩어 고양이 유사 상태를 생성하고 측정하는 데 적용된다.
• 유도 과정은 이중단자 비단위 변환 이론에 기반하며, 각 비틀림 스플리터 단계에 대해 명시적인 연산자 표현이 유도된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 일관된 이동과 광자 추가만을 사용하여 공명 상태에서 임의의 단일 모드 양자 상태를 어떻게 공학할 수 있는가?
• RQ2 조건부 측정을 동반한 비틀림 스플리터 어레이에서 발생하는 비단위 변환의 수학적 구조는 무엇인가?
• RQ3 비틀림 스플리터의 투과율 또는 반사율은 변환에서 발생하는 연산자의 s-순서에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 제안된 방법은 고정밀도로 셰딩어 고양이 유사 상태를 생성하고 측정할 수 있는가?
• RQ5 조건부 측정 하에서 비틀림 스플리터 네트워크의 변환 연산자의 일반 형태는 무엇인가?

주요 결과

• 전체 비단위 변환 연산자는 s-순서된 연산자의 곱으로 유도되며, s는 비틀림 스플리터의 투과율 또는 반사율에 의해 결정된다.
• 이 방법은 일관된 이동과 광자 추가를 사용하여 공명 상태에서 임의의 단일 모드 양자 상태를 조건부로 준비할 수 있다.
• 형식은 임의의 입력 및 출력 기준 상태를 지원하여 민첩한 상태 공학이 가능하다.
• 이 방법은 셰딩어 고양이 유사 상태의 생성 및 겹침 측정에 적용 가능함이 입증되었다.
• 변환은 이중단자 비단위 프레임워크 내에서 표현되어 선형 광학 네트워크에서 상태 공학을 체계적으로 수행할 수 있도록 한다.
• 유도된 연산자 구조는 조건부 측정을 통한 비틀림 스플리터 어레이라인을 통한 양자 상태 진화에 정밀한 제어를 가능하게 한다.