[논문 리뷰] Hong-Ou-Mandel dip using photon pairs from a PPLN waveguide

Qiang Zhang, Hiroki Takesue외 4명|arXiv (Cornell University)|2008. 02. 29.

Photonic and Optical Devices참고 문헌 22인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 1.5 µm에서 주기적으로 도핑된 리튬니오브산나트륨(PPLN) 웨이브가이드에서 생성된 광자 쌍을 이용해 홍-오우-만드(Hong-Ou-Mandel, HOM) 딥을 실험적으로 구현한다. 통합된 모드 디멀티플렉서를 탑재한 이 실험은 피크 펌프 전력 4.4 mW에서 80%의 볼루미티를 달성하여 광자의 높은 불변이성과 선형 광학 양자계산 및 양자 일관성 단층촬영 응용 분야에 적합한 플랫폼임을 입증한다.

ABSTRACT

We experimentally observed a Hong-Ou-Mandle dip with photon pairs generated in a periodically poled reverse-proton-exchange lithium niobate waveguide with an integrated mode demultiplexer at a wavelength of 1.5 um. The visibility of the dip in the experiment was 80% without subtraction of any noise terms at a peak pump power of 4.4 mW. The new technology developed in the experiment can find various applications in the research field of linear optics quantum computation in fiber or quantum optical coherence tomography with near infrared photon pairs.

연구 동기 및 목표

• PPLN 웨이브가이드에서 유도된 광자 쌍을 이용해 홍-오우-만드 효과를 통해 양자 간섭을 구현하는 것.
• 통신 파장에서 불변이성 있는 광자를 생성하는 작고 통합된 광학 플랫폼의 성능을 검증하는 것.
• 실용적이고 광섬유 호환성 있는 시스템에서 광자 불변이성의 핵심 지표인 HOM 딥의 볼루미티를 평가하는 것.
• 근적외선 광자 쌍을 이용한 선형 광학 양자계산 및 양자 광학 일관성 단층촬영 응용을 탐색하는 것.

제안 방법

• 주기적으로 도핑된 역방향 프로톤 교환 리튬니오브산나트륨 웨이브가이드에서 자발적 비선형 다운컨버전션을 통해 광자 쌍을 생성한다.
• 신호 및 아이들 광자를 검출하기 위해 통합된 모드 디멀티플렉서를 사용한다.
• 두 광자를 50:50 비트 스플리터에 도달시키고 경로 지연에 따라 동시성 검출을 측정함으로써 HOM 간섭을 측정한다.
• 디프의 볼루미티는 최소 동시성 레이트를 평균 레이트에 비해 계산한다.
• 실험은 광섬유 기반 양자 기술에 적합한 1.5 µm 파장에서 수행된다.
• 쌍 생성을 최적화하면서 노이즈를 최소화하기 위해 피크 펌프 전력을 4.4 mW로 설정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 통합된 구성 요소를 갖춘 PPLN 웨이브가이드에서 생성된 광자 쌍을 이용해 고볼루미티 HOM 딥을 달성할 수 있는가?
• RQ2 이 플랫폼에서 유도된 광자 쌍은 양자 간섭에 필요한 불변이성을 얼마나 잘 보여주는가?
• RQ3 이 통합 시스템에서 HOM 딥의 볼루미티는 펌프 전력에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ4 이 플랫폼은 선형 광학 양자계산 및 양자 일관성 단층촬영 분야의 실용적 응용을 지원할 수 있는가?

주요 결과

• 노이즈 항목을 제거하지 않은 상태에서도 HOM 딥 볼루미티가 80%에 도달하였다.
• 피크 펌프 전력 4.4 mW에서 측정된 볼루미티는 광자의 높은 불변이성을 시사한다.
• PPLN 웨이브가이드와 통합된 모드 디멀티플렉서의 사용은 간섭계에 효율적이고 안정적인 광자 쌍 공급을 가능하게 하였다.
• 결과는 이 통합 플랫폼이 통신 파장에서 양자정보 처리에 실현 가능함을 확인한다.
• 작고 컴act한 설계와 기존 광학 인프라와의 호환성 덕분에 이 시스템은 확장 가능하고 광섬유 호환성 있는 양자 기술의 잠재력을 보여준다.