Приготовление и измерение квантовых состояний света для задач квантовой связи, квантовых вычислений и метрологииНИР

Preparation and measurement of quantum states of light for tasks of quantum comminication, quantum computation and metrology

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Приготовление и измерение квантовых состояний света для задач квантовой связи, квантовых вычислений и метрологии
Результаты этапа: 1. Приготовлены и измерены тепловые состояния света с отщеплением от 1 до 10 фотонов. Впервые условное отщепление одного фотона у тепловых состояний света было продемонстрировано в работе [1]. Далее, было продемонстрировано отщепление нескольких фотонов с использованием детекторов, разрешающих число фотонов [2]. Нами было показано, что можно приготовить тепловое состояние света с отщеплением заданного числа фотонов используя один однофотонный детектор, который не разрешает число фотонов. Для приготовления теплового состояния света лазерное излучение пропускалось через вращающийся диск. Для реализации отщепления фотонов, как и в предыдущих работах, излучение пропускалось через слабо отражающий светоделитель в отражающем канале которого располагался однофотонный детектор. Регистрация фотона соответствует отщеплению фотона у прошедшего через светоделитель состояния. Специфика режима работы была в том, что за счет уменьшения скорости вращения матового диска время корреляции теплового состояния было больше чем мертвое время однофотонного детектора. Таким образом, в течение времени корреляции детектор мог выдать несколько фотоотсчетов, что соответствовало отщеплению нескольких фотонов. Для измерения полученного состояния была использована техника гомодинного детектирования. Для восстановления квантового состояния поля использовалась оригинальная модель на основе компаунд распределения Пуассона по числу фотонов [3], которая позволяет одновременно добиться хорошего согласия с экспериментальными данными и точного определения параметров квантового состояния. В результате, были приготовлены квантовые состояния света с отщеплением заданного числа фотонов от 0 до 10. Все эти состояния были измерены и восстановлены с точностью более чем 99%. 2. Исследована возможность применения эффекта «квантового вампира» к тепловым состояниям света. Суть эффекта «квантового вампира» состоит в том, что при разделении одномодового квантового состояния на несколько мод, уничтожение фотона в одной из мод эквивалентно уничтожению фотона во всех модах одновременно без возмущения модовой структуры. В оригинальной работе [4] этот эффект демонстрировался на фоковских состояниях света и объяснялся перепутыванием мод по числу фотонов. Мы же применили эффект квантового вампира к тепловым состояниям света, и показали, что при отщеплении фотона в одной из мод, в других модах фотон так же отщепляется. Таким образом, было продемонстрировано, что эффект «квантового вампира» не требует перепутанности, а основан на классических корреляциях по числу фотонов. 3. Исследована негауссовость тепловых состояний света с отщеплением заданного числа фотонов. Негауссовы квантовые состояния света играют особую роль в квантовой оптике. Такие состояния необходимы для дистилляции перепутанности, и, кроме того, негауссовость позволяет улучшить протоколы квантовой телепортации. Как правило, негауссовость связывают с неклассичностью, однако это не всегда так. В частности, тепловые состояния с отщеплением заданного числа фотонов являются классическими и негауссовыми одновременно. Теоретически их негауссовость была исследована в работе [5]. В своей работе мы теоретически и экспериментально исследовали связь негауссовости с параметрами компаунд распределения Пуассона В частности, было показано, как негауссовость растет с увеличением количества отщепленных фотонов и падает с увеличением потерь. 1. V. Parigi, A. Zavatta, M. Kim, and M. Bellini, "Probing quantum commutation rules by addition and subtraction of single photons to/from a light field.," Science 317, 1890–1893 (2007). 2. A. Allevi, A. Andreoni, M. Bondani, M. G. Genoni, and S. Olivares, "Reliable source of conditional states from single-mode pulsed thermal fields by multiple-photon subtraction," Phys. Rev. A - At. Mol. Opt. Phys. 82, 13816 (2010). 3. Ю. И. Богданов, Н. А. Богданова, К. Г. Катамадзе, Г. В. Авосопянц, and В. Ф. Лукичев, "Исследование статистики фотонов с использованием компаунд-распределения Пуассона и квадратурных измерений," Автометрия 52, 71–83 (2016). 4. I. A. Fedorov, A. E. Ulanov, Y. V. Kurochkin, and A. I. Lvovsky, "Quantum vampire: collapse-free action at a distance by the photon annihilation operator," Optica 2, 4 (2015). 5. I. Ghiu, P. Marian, and T. A. Marian, "Loss of non-Gaussianity for damped photon-subtracted thermal states," Phys. Scr. T160, 14014 (2014).
2 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Приготовление и измерение квантовых состояний света для задач квантовой связи, квантовых вычислений и метрологии
Результаты этапа:
3 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Приготовление и измерение квантовых состояний света для задач квантовой связи, квантовых вычислений и метрологии
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".