論文の概要: Resonant Semiconductor Metasurfaces for Generating Complex Quantum States

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2204.10371v1
• Date: Thu, 21 Apr 2022 19:01:04 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-02-16 03:26:57.299035
• Title: Resonant Semiconductor Metasurfaces for Generating Complex Quantum States
• Title（参考訳）: 複雑な量子状態を生成する共鳴半導体メタサーフェス
• Authors: Tom\'as Santiago-Cruz, Sylvain D. Gennaro, Oleg Mitrofanov, Sadhvikas Addamane, John Reno, Igal Brener, Maria V. Chekhova
• Abstract要約: 我々は、高品質の共鳴を持つ半導体中表面における自然パラメトリックダウンコンバージョンにより、絡み合った光子を生成する。 本研究は, 量子状態工学における準曲面の多機能利用を実証するものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum state engineering, the cornerstone of quantum photonic technologies, mainly relies on spontaneous parametric down-conversion and four-wave mixing, where one or two pump photons decay into a photon pair. Both these nonlinear effects require momentum conservation (i.e., phase-matching) for the participating photons, which strongly limits the versatility of the resulting quantum states. Nonlinear metasurfaces, due to their subwavelength thickness, relax this constraint and extend the boundaries of quantum state engineering. Here, we generate entangled photons via spontaneous parametric down-conversion in semiconductor metasurfaces with high-quality resonances. By enhancing the quantum vacuum field, our metasurfaces boost the emission of photon pairs within narrow resonance bands at multiple selected wavelengths. Due to the relaxed momentum conservation, the same resonances support photon pair generation from pump photons of practically any energy. This enables the generation of complex frequency-multiplexed quantum states, in particular cluster states. Our results demonstrate the multifunctional use of metasurfaces for quantum state engineering.
• Abstract（参考訳）: 量子状態工学(quantum state engineering)は、量子フォトニック技術の基盤であり、1つまたは2つのポンプ光子が光子対に崩壊する自発的なパラメトリックダウンコンバージョンと4波混合に依存している。 これらの非線形効果は共に、参加する光子に対する運動量保存(すなわち位相マッチング)を必要とし、結果として生じる量子状態の汎用性を強く制限する。 非線形メタサーフェスはそのサブ波長の厚さのため、この制約を緩和し、量子状態工学の境界を広げる。 ここでは、高品質共鳴による半導体メタ表面の自発的パラメトリックダウンコンバージョンにより、絡み合った光子を生成する。 量子真空場を拡大することにより、我々の準曲面は、複数の波長で狭い共鳴帯域内の光子対の放出を増加させる。 緩和された運動量保存のため、同じ共鳴は事実上あらゆるエネルギーのポンプ光子からの光子対生成をサポートする。 これにより、複雑な周波数多重量子状態、特にクラスター状態を生成することができる。 量子状態工学におけるメタサーフェスの多機能利用を実証した。

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