[논문 리뷰] Guided wave technology for a telecom wavelength heralded single photon source

Olivier Alibart, Sébastien Tanzilli외 2명|arXiv (Cornell University)|2004. 05. 13.

Photonic and Optical Devices참고 문헌 2인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 주기적으로 전위된 리튬니오브산나트륨 웨이브가이드를 사용하여 비균일한 광자 쌍을 자발적 파라메트릭 다운컨버전을 통해 생성함으로써, 작고 안정적인 화이트닝된 단일 광자 소스를 제시한다. 1310 nm 신호 광자를 트리거로 사용함으로써, 1550 nm에서 0.38의 화이트닝 효율을 달성하였으며, 포isson 분포 광원에 비해 다중 광자 방출이 10배 감소하여 통신망을 통한 실용적인 양자 통신을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기존 통신 인fra구조와 호환되는 안정적이고 컴팩트하며 효율적인 단일 광자 소스를 개발하기 위해.
• 화이트닝된 단일 광자 소스에서 다중 광자 방출 확률을 줄여 더 높은 양자 상태 품질을 향상시키기 위해.
• 통합 광학 및 섬유 구성 요소를 활용하여 시스템의 안정성과 확장성을 향상시키기 위해.
• 1310 nm에서의 신호 광자를 트리거로 사용하여 통신 대역(1550 nm)에서 높은 화이트닝 효율을 입증하기 위해.

제안 방법

• 비균일한 광자 쌍을 생성하기 위해 주기적으로 전위된 리튬니오브산나트륨 웨이브가이드에서 자발적 파라메트릭 다운컨버전을 활용한다.
• 1550 nm에서의 단일 광자 검출을 위한 화이트닝 트리거로 1310 nm 신호 광자를 사용한다.
• 고정밀 시간 측정을 통해 1550 nm 광자의 도착을 알리는 게이팅 검출을 적용한다.
• 작고 안정적인 구조를 확보하기 위해 웨이브가이드 및 섬유 광학 구성 요소를 통합한다.
• 기존 통신 네트워크 파장(1310 nm 및 1550 nm)을 활용하여 호환성과 저손실 전송을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유도파면 플랫폼이 통신 파장에서 높은 화이트닝 효율을 달성할 수 있는가?
• RQ2 웨이브가이드 기반 화이트닝 소스에서 다중 광자 방출은 어느 정도 억제될 수 있는가?
• RQ3 웨이브가이드 및 섬유 구성 요소의 통합은 단일 광자 소스의 안정성과 효율성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 이러한 소스는 기존 통신 네트워크에서 실용적으로 양자 통신에 구현될 수 있는가?

주요 결과

• 이 소스는 1550 nm에서 0.38의 화이트닝 효율을 달성하여 이 구성에서 현재까지 가장 우수한 결과를 보였다.
• 포isson 분포 광원에 비해 다중 광자 방출 확률이 10배 감소하여 광자 순도가 향상되었다.
• 웨이브가이드 및 섬유 광학 구성 요소의 통합을 통해 시스템의 높은 안정성과 컴팩트함을 입증하였다.
• 통신 파장(1310 nm 및 1550 nm)의 사용은 기존 섬유 인프라와의 호환성을 가능하게 하였다.