[论文解读] Hong-Ou-Mandel dip using photon pairs from a PPLN waveguide

Qiang Zhang, Hiroki Takesue+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 29, 2008

Photonic and Optical Devices参考文献 22被引用 4

一句话总结

该论文展示了在1.5 µm波长下，利用周期极化锂niobate（PPLN）波导中生成的光子对，并结合集成模式分复用器，实现Hong-Ou-Mandel（HOM）凹陷。实验在4.4 mW峰值泵浦功率下实现了80%的可见度，证实了光子的高不可分辨性，并验证了该平台在线性光学量子计算和量子相干性层析成像应用中的可行性。

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.

研究动机与目标

• 通过PPLN波导生成的光子对演示Hong-Ou-Mandel效应的量子干涉。
• 验证一种紧凑、集成的光子平台在电信波段生成不可分辨光子的性能。
• 将HOM凹陷的可见度作为实际光纤兼容系统中光子不可分辨性的关键指标进行评估。
• 探索使用近红外光子对在线性光学量子计算和量子光学相干性层析成像中的应用。

提出的方法

• 通过周期性极化的反质子交换锂niobate波导中的自发参量下转换生成光子对。
• 使用集成模式分复用器将信号光子和闲置光子分离以进行探测。
• 通过将两个光子导入50:50分束器并检测随路径延迟变化的符合计数，测量HOM干涉。
• 从最小符合计数率相对于平均计数率的比值计算凹陷的可见度。
• 实验在1.5 µm波长下进行，适用于基于光纤的量子技术。
• 将峰值泵浦功率设定为4.4 mW，以在优化配对生成的同时最小化噪声。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在集成组件的PPLN波导光子对中实现高可见度的Hong-Ou-Mandel凹陷？
• RQ2 该平台生成的光子对在多大程度上表现出实现量子干涉所必需的不可分辨性？
• RQ3 在此集成系统中，HOM凹陷的可见度如何随泵浦功率变化？
• RQ4 该平台能否支持在线性光学量子计算和量子相干性层析成像中的实际应用？

主要发现

• 实验在未扣除任何噪声项的情况下实现了80%的HOM凹陷可见度。
• 可见度在4.4 mW峰值泵浦功率下测得，表明光子具有高度不可分辨性。
• 采用集成模式分复用器的PPLN波导实现了光子对向干涉仪的高效且稳定传输。
• 结果证实了该集成平台在电信波段进行量子信息处理的可行性。
• 由于其紧凑设计和与现有光网络基础设施的兼容性，该系统展示了在可扩展、光纤兼容量子技术方面的潜力。