[論文レビュー] Spatial interference between pairs of disjoint optical paths with a single chaotic source

Michele Cassano, Milena D’Angelo+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 20, 2017

Neural Networks and Reservoir Computing被引用数 2

ひとこと要約

本稿では、1つのカオス的光源を用いて、2つの分離した光路ペア間の2次空間干渉効果を示し、Coherence-free に遠く離れた二重ピンホールマスクの空間的および位置的情報を回復可能であることを示している。この効果により、1次干渉性を必要としない量子論的論理ゲート、特に制御NOTゲートの実装も可能である。

ABSTRACT

We demonstrate a novel second-order spatial interference effect between two indistinguishable pairs of disjoint optical paths from a single chaotic source. Beside providing a deeper understanding of the physics of multi-photon interference and coherence, the effect enables retrieving information on both the spatial structure and the relative position of two distant double-pinhole masks, in the absence of first order coherence. We also demonstrate the exploitation of the phenomenon for simulating quantum logic gates, including a controlled-NOT gate operation.

研究の動機と目的

• 1つのカオス的光源から生じる空間的に分離した光路における多光子干渉効果を調査すること。
• 1次干渉性に依存せずに、遠く離れた二重ピンホールマスクの空間的および相対的位置的情報を回復すること。
• この干渉効果を用いて、制御NOTゲートなどの量子論的論理操作を実装可能であることを実証すること。
• 複雑な光学系における多光子干渉性および干渉の理解を深めること。

提案手法

• 1つのカオス的光源を用いて、2つの独立した分離光路ペアを励起する。
• 2つの光路ペア間の2次空間干渉縞を測定し、構造的および位置的情報を抽出する。
• 強度相関測定を用いて、1次干渉性がなくても干渉を検出する。
• 特に制御NOTゲートを含む量子論的論理操作を模擬するためのシステムを設計・解析する。
• 空間相関関数を分析し、干渉パターンおよびマスク幾何学的形状依存性を特徴付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1つのカオス的光源を用いて、2つの分離した光路ペア間で2次空間干渉を観測できるか？
• RQ2 1次干渉性に依存せずに、遠く離れた二重ピンホールマスクの空間的および相対的位置的情報をどの程度回復できるか？
• RQ3 この干渉効果を用いて、制御NOTゲートなどの量子論的論理操作を実装可能か？
• RQ4 光源のカオス的性質が、干渉パターンの可視度および安定性にどのように影響するか？

主な発見

• 1つのカオス的光源から生じる2つの同一の分離光路ペア間で、2次空間干渉が成功裏に観測された。
• 干渉パターンにより、1次干渉性を必要とせずに、2つの遠く離れた二重ピンホールマスクの空間的構造および相対的位置を回復可能であった。
• 本システムは、干渉効果を用いて制御NOT量子論的論理ゲートのシミュレーションを実現した。
• 結果から、1次干渉性が欠如しても、カオス的光における多光子干渉が、複雑な量子情報処理タスクを支援できることを確認した。