[论文解读] 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 2

一句话总结

本文利用单一混沌光源，在两个分离的光路对之间实现了二阶空间干涉效应，实现了对远距离双缝掩模的空间与位置信息的无相干性恢复。该效应还可用于实现量子逻辑门（包括可控-非门），而无需依赖一阶相干性。

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.

研究动机与目标

• 探索单一混沌光源产生的空间分离光路中的多光子干涉效应。
• 在不依赖一阶相干性的前提下，检索远距离双缝掩模的空间与相对位置信息。
• 展示利用该干涉效应实现量子逻辑操作（如可控-非门）的可行性。
• 深化对复杂光学系统中多光子相干性与干涉行为的理解。

提出的方法

• 利用单一混沌光源激发两组独立的分离光路对。
• 测量两组光路之间的二阶空间干涉条纹，以提取结构与位置数据。
• 采用强度关联测量检测干涉，而无需一阶相干性。
• 设计并分析系统，以模拟量子逻辑操作，特别是可控-非门。
• 分析空间关联函数，以表征干涉图案及其对掩模几何结构的依赖性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否利用单一混沌光源，在两个分离的光路对之间观测到二阶空间干涉？
• RQ2 在不依赖一阶相干性的前提下，能多大程度上检索远距离双缝掩模的空间与相对位置信息？
• RQ3 能否利用该干涉效应实现如可控-非门等量子逻辑操作？
• RQ4 光源的混沌特性如何影响干涉图案的可见度与稳定性？

主要发现

• 成功观测到来自单一混沌光源的两组不可区分的分离光路对之间的二阶空间干涉。
• 干涉图案使得无需一阶相干性即可检索出两个远距离双缝掩模的空间结构与相对位置。
• 该系统展示了利用干涉效应模拟可控-非门量子逻辑门的能力。
• 结果证实，尽管缺乏一阶相干性，混沌光中的多光子干涉仍可支持复杂的量子信息任务。