論文の概要: Characterising and Tailoring Spatial Correlations in Multi-Mode
Parametric Downconversion
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.03462v1
- Date: Thu, 7 Oct 2021 13:40:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-12 05:51:41.575249
- Title: Characterising and Tailoring Spatial Correlations in Multi-Mode
Parametric Downconversion
- Title（参考訳）: マルチモードパラメトリックダウンコンバージョンにおける空間相関の特徴付けと調整
- Authors: Vatshal Srivastav, Natalia Herrera Valencia, Saroch
Leedumrongwatthanakun, Will McCutcheon, Mehul Malik
- Abstract要約: 空間領域における2光子波動関数の記述を定式化し、JTMA(Joint-transverse-momentum-amplitude)と呼ばれる。
本稿では,2Dpi$-measurementと呼ばれる単純な位相ステップスキャンを用いて,収集したJTMAを正確に再構築する,実用的で効率的な手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Photons entangled in their position-momentum degrees of freedom (DoFs) serve
as an elegant manifestation of the Einstein-Podolsky-Rosen paradox, while also
enhancing quantum technologies for communication, imaging, and computation. The
multi-mode nature of photons generated in parametric downconversion has
inspired a new generation of experiments on high-dimensional entanglement,
ranging from complete quantum state teleportation to exotic multi-partite
entanglement. However, precise characterisation of the underlying
position-momentum state is notoriously difficult due to limitations in detector
technology, resulting in a slow and inaccurate reconstruction riddled with
noise. Furthermore, theoretical models for the generated two-photon state often
forgo the importance of the measurement system, resulting in a discrepancy
between theory and experiment. Here we formalise a description of the
two-photon wavefunction in the spatial domain, referred to as the collected
joint-transverse-momentum-amplitude (JTMA), which incorporates both the
generation and measurement system involved. We go on to propose and demonstrate
a practical and efficient method to accurately reconstruct the collected JTMA
using a simple phase-step scan known as the $2D\pi$-measurement. Finally, we
discuss how precise knowledge of the collected JTMA enables us to generate
tailored high-dimensional entangled states that maximise discrete-variable
entanglement measures such as entanglement-of-formation or entanglement
dimensionality, and optimise critical experimental parameters such as photon
heralding efficiency. By accurately and efficiently characterising photonic
position-momentum entanglement, our results unlock its full potential for
discrete-variable quantum information science and lay the groundwork for future
quantum technologies based on multi-mode entanglement.
- Abstract（参考訳）: 位置運動量自由度(dofs)に絡み合った光子はアインシュタイン-ポドルスキー-ローゼンパラドックスのエレガントな表現となり、通信、イメージング、計算のための量子技術も強化される。
パラメトリックダウンコンバージョンで生成される光子のマルチモードの性質は、完全な量子状態のテレポーテーションからエキゾチックなマルチパーティの絡み合いまで、高次元の絡み合いに関する新しい世代の実験を引き起こした。
しかし、検出技術に限界があるため、基礎となる位置運動状態の正確な特徴付けは極めて困難であり、ノイズによって取り除かれたゆっくりとした不正確な再構成をもたらす。
さらに、生成した2光子状態の理論モデルは測定システムの重要性をしばしば否定し、理論と実験の相違をもたらす。
ここでは,空間領域における2光子波動関数の記述を定式化し,生成系と測定系の両方を組み込んだjtma(joint-transverse-momentum-amplitude)と呼ぶ。
続いて,2D\pi$-measurementと呼ばれる単純な位相ステップスキャンを用いて,収集したJTMAを正確に再構築する,実用的で効率的な手法を提案する。
最後に, 収集したjtmaの精巧な知識が, 離散変数の絡み合いや絡み合いの次元など, 離散変数の絡み合いを最大化するための調整された高次元絡み合い状態を生成し, フォトンヘラルディング効率などの重要な実験パラメータを最適化する方法について考察する。
光学的位置モメンタムエンタングルメントを高精度かつ効率的に特徴付けることにより、離散可変量子情報科学のポテンシャルを最大限に発揮し、多モードエンタングルメントに基づく将来の量子技術の基盤となる。
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