論文の概要: Spatially entangled photon-pairs from lithium niobate nonlocal metasurfaces

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.01890v1
• Date: Mon, 4 Apr 2022 23:35:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-18 07:55:00.056986
• Title: Spatially entangled photon-pairs from lithium niobate nonlocal metasurfaces
• Title（参考訳）: ニオブ酸リチウム非局所変成体からの空間的絡み合い光子パイア
• Authors: Jihua Zhang, Jinyong Ma, Matthew Parry, Marcus Cai, Rocio Camacho Morales, Lei Xu, Dragomir N. Neshev, Andrey A. Sukhorukov
• Abstract要約: 空間領域や角領域に絡み合った多光子状態は、量子イメージングおよびセンシング用途に欠かせない資源である。 本研究では,自然パラメトリックダウンコンバージョンによる空間的絡み合った光子対の生成を実験的に予測し,実証する。 結果は、量子絡み合った光子の室温源として機能する超薄型メタ曲面を組み込むことで、様々な量子デバイスを小型化する道を開いた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.4042647226715017
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Metasurfaces consisting of nano-scale structures are underpinning new physical principles for the creation and shaping of quantum states of light. Multi-photon states that are entangled in spatial or angular domains are an essential resource for quantum imaging and sensing applications, however their production traditionally relies on bulky nonlinear crystals. We predict and demonstrate experimentally the generation of spatially entangled photon pairs through spontaneous parametric down-conversion from a metasurface incorporating a nonlinear thin film of lithium niobate. This is achieved through nonlocal resonances with tailored angular dispersion mediated by an integrated silica meta-grating, enabling control of the emission pattern and associated quantum states of photon pairs by designing the grating profile and tuning the pump frequency. We measure the correlations of photon positions and identify their spatial anti-bunching through violation of the classical Cauchy-Schwartz inequality, witnessing the presence of multi-mode entanglement. Simultaneously, the photon-pair rate is strongly enhanced by 450 times as compared to unpatterned films due to high-quality-factor metasurface resonances, and the coincidence to accidental ratio reaches 5000. These results pave the way to miniaturization of various quantum devices by incorporating ultra-thin metasurfaces functioning as room-temperature sources of quantum-entangled photons.
• Abstract（参考訳）: ナノスケール構造からなる準曲面は、光の量子状態の生成と形成のための新しい物理原理の基盤となっている。 空間領域や角領域に絡み合っている多光子状態は、量子イメージングやセンシング応用に必須の資源であるが、伝統的にはバルク状の非線形結晶に依存している。 ニオブ酸リチウムの非線形薄膜を含む中表面からの自発的パラメトリックダウン変換による空間的絡み合い光子対の発生を予測,実験的に実証する。 これは、統合シリカメタグレーティングにより調整された角分散を持つ非局所共鳴によって実現され、格子プロファイルの設計とポンプ周波数の調整により、光子対の放出パターンと関連する量子状態を制御することができる。 我々は光子の位置の相関を測り、古典的なコーシー=シュワルツの不等式に反し、多モードの絡み合いの存在を目撃する。 同時に、光子ペアレートは、高品質なメタサーフェス共鳴による非パターンフィルムと比較して450倍強くなり、偶発的比の一致は5000に達する。 これらの結果は、量子エンタングル光子の室温源として機能する超薄型メタサーフェスを組み込むことにより、様々な量子デバイスの小型化への道を開く。

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