論文の概要: Wigner Function Tomography via Optical Parametric Amplification
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.10030v4
- Date: Thu, 6 Jul 2023 06:13:53 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-07 18:41:37.923043
- Title: Wigner Function Tomography via Optical Parametric Amplification
- Title（参考訳）: 光パラメトリック増幅によるウィグナー機能トモグラフィ
- Authors: Mahmoud Kalash and Maria V. Chekhova
- Abstract要約: ウィグナー関数トモグラフィーは量子状態の特徴付けには不可欠である。
効率的な検出を必要とするが、これは不安定な非ガウス状態、特に明るい状態を測定するのに重要である。
本稿では,光学パラメトリック増幅に基づくWigner関数トモグラフィーと直接検出手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.9494540318680365
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Wigner function tomography is indispensable for characterizing quantum
states, but its commonly used version, balanced homodyne detection, suffers
from several weaknesses. First, it requires efficient detection, which is
critical for measuring fragile non-Gaussian states, especially bright ones.
Second, it needs a local oscillator, tailored to match the spatiotemporal
properties of the state under test, and fails for multimode and broadband
states. Here we propose Wigner function tomography based on optical parametric
amplification followed by direct detection. The method is immune to detection
inefficiency and loss, and suitable for broadband, spatially and temporally
multimode quantum states. To prove the principle, we experimentally reconstruct
the Wigner function of squeezed vacuum occupying a single mode of a strongly
multimode state. We obtain a squeezing of $-7.5\pm 0.4$ dB and a purity of
$0.91^{+0.09}_{-0.08}$ despite more than $97\%$ loss caused mainly by
filtering. Theoretically, we also consider the reconstruction of a squeezed
single photon - a bright non-Gaussian state. Due to strong multimode parametric
amplification, the method allows for the simultaneous tomography of multiple
modes. This makes it a powerful tool for optical quantum information
processing.
- Abstract（参考訳）: ウィグナー関数トモグラフィーは量子状態の特徴付けには不可欠であるが、その一般的なバージョンであるバランスの取れたホモダイン検出はいくつかの弱点に苦しむ。
まず、非ガウス状態、特に明るい状態を測定するのに重要な効率的な検出が必要である。
第二に、テスト中の状態の時空間特性に合わせて調整された局所発振器が必要であり、マルチモード状態やブロードバンド状態では失敗する。
本稿では,光学パラメトリック増幅に基づくWigner関数トモグラフィーと直接検出手法を提案する。
この方法は、非効率性と損失の検出に免疫を持ち、ブロードバンド、空間的および時間的に多モードの量子状態に適している。
この原理を証明するため,強い多重モード状態の単一モードを占有する圧縮真空のウィグナー関数を実験的に再構成した。
フィルタにより97%以上の損失が生じるにもかかわらず、$-7.5\pm 0.4$ dBと$0.91^{+0.09}_{-0.08}$の純度を得る。
理論的には、圧縮された単一光子(明るい非ガウス状態)の再構成も検討する。
強力なマルチモードパラメトリック増幅のため、この方法は複数のモードを同時にトモグラフィーできる。
これにより、光学量子情報処理の強力なツールとなる。
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