Et kvantespring til ultrapræcis måling og informationskodning?

Et EU -projekt, der arbejder med ultrahurtig optik, fremmer kontrollen over de rumlig-tidsmæssige kvantetilstande af lys, fremme kvanteinformationsvidenskab.

Quantum Information Science (QIS) giver meget håb om forbedret metrologi samt forskellige oplysninger, Kommunikations- og teknologisystemer (ITC). Imidlertid, graden af ​​kontrol over kvantetilstande, der er nødvendige for at gøre tilgangen overlegen i forhold til konventionelle teknikker, gør realiseringen af ​​teknologiens potentiale særligt udfordrende. Såkaldte 'pressede tilstande i kontinuerligt variable systemer' er blevet fremført som en tilgang, der kan bringe succes til bedre kontrol af kvantetilstande, dels fordi disse systemer menes at være skalerbare.

Det EU-finansierede projekt QCUMBER (Quantum Controlled Ultrafast Multimode Entanglement and Measurement), undersøgte brugen af ​​sådanne pressede tilstande, eller flerfotonstilstande, i forskellige tidsmæssige tilstande baseret på integrerede optiske enheder. I et papir, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet 'Philosophical Transactions A' fra Royal Society, forskerne dækker de nuværende grænser for bølgelederklemning og tabsgrænserne i konverteringsprocessen.

Indviklede pressede tilstande

Papirets forfattere påpeger, at i løbet af de seneste årtier har der er gjort betydelige fremskridt med bølgeledere med lavt tab, meget effektive foton-detektorer og ikke-lineære processer. Derudover takket være succesen med den ikke-lineære optiske proces kendt som 'manipuleret sumfrekvensomdannelse', operation på vilkårlige tidsmæssige bredbåndstilstande er nu opnåelig. Dette åbner op for spektral frihedsgrad for informationskodning, ofte ind i de tidsmæssige tilstande for en enkelt foton.

QCUMBER undersøgte udsigten til at kombinere, i et bølgeleder -system, både klemning og mode-selektiv frekvenskonvertering. Ved at skabe en analogi mellem Quantum Pulse Gates (QPGs - basic quantum circuits) og rumlige netværk, de muliggjorde en visualisering af processen til sammenfiltring af pressede tilstande eller konstruktion af komplekse multimode kontinuerlige variable tilstande.

Ser man på den klemme, der kan opnås i en KTP-single-pass, single-mode bølgeleder, holdet fandt ud af, at det var muligt at klemme op til 20 decibel, men procesens komplicerede adfærd, resulteret i betydelig nedbrydning, begrænsning af konverteringseffektiviteten til under 90 %. Imidlertid, de påpeger, at dette stadig er lovende for teknologiens fremtid. De fortsætter med at argumentere for, at for applikationer, hvor lav konverteringseffektivitet er tilstrækkelig, dette giver ikke noget problem, og fasematchning kan konstrueres ved hjælp af en simpel model uden behov for pumpekraft.

I det spektrale domæne, holdet opnåede også sammenfiltring i en kontinuerlig bølgefrekvenskamstruktur på op til 60 tidsmæssige tilstande og omkring 10 tilstande i en pulserende, ultrahurtigt system. De rapporterer, at når klemningen er i stand til at nå visse tærskler, fejlkorrektion for kvanteberegning bliver mulig, som vil drive videnskaben fremad.

At trykke på ekstreme tidsskalaer og brede spektre

Ultrahurtige lysimpulser giver mulighed for bedre at forstå den underliggende systemdynamik på tidsskalaer af meget kort varighed. Udnyttelsen af ​​lysets kvanteegenskaber har avanceret den grundlæggende fysikviden, der er opnået gennem eksperimentering, og har været nøglen til fremskridt inden for kvantekommunikation og kvantemetrologi. Ja, Høj præcisionsmetrologi er blevet muliggjort gennem udnyttelse af den brede frekvens kamstruktur, som tog af ultrahurtige lysimpulser skaber.

QCUMBER blev oprettet for yderligere at undersøge muligheder, der måtte eksistere inden for forholdet mellem lysets kvanteegenskaber i ekstreme tidsskalaer og over ekstremt brede spektre. Udnyttelse af strukturen af ​​ultrahurtige kvanteimpulser vil muliggøre stadig mere præcise tidsfrekvensmålinger og introducere innovation til skalerbar kvanteinformationsbehandling.