論文の概要: Quantum noise dynamics in nonlinear pulse propagation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.05464v1
- Date: Tue, 11 Jul 2023 17:50:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-07-12 13:46:23.489825
- Title: Quantum noise dynamics in nonlinear pulse propagation
- Title（参考訳）: 非線形パルス伝搬における量子ノイズダイナミクス
- Authors: Edwin Ng, Ryotatsu Yanagimoto, Marc Jankowski, M. M. Fejer, Hideo
Mabuchi
- Abstract要約: 超高速システムにおける量子ノイズダイナミクスとマルチモードエンタングルメントを数値的に研究する。
本モデルは平均場と量子相関の両方において非線形ダイナミクスを示すことを示す。
- 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: The propagation of ultrafast pulses in dispersion-engineered waveguides,
exhibiting strong field confinement in both space and time, is a promising
avenue towards single-photon nonlinearities in an all-optical platform.
However, quantum engineering in such systems requires new numerical tools and
physical insights to harness their complicated multimode and nonlinear quantum
dynamics. In this work, we use a self-consistent, multimode Gaussian-state
model to capture the nonlinear dynamics of broadband quantum fluctuations and
correlations, including entanglement. Notably, despite its parametrization by
Gaussian states, our model exhibits nonlinear dynamics in both the mean field
and the quantum correlations, giving it a marked advantage over conventional
linearized treatments of quantum noise, especially for systems exhibiting gain
saturation and strong nonlinearities. Numerically, our approach takes the form
of a Gaussian split-step Fourier (GSSF) method, naturally generalizing highly
efficient SSF methods used in classical ultrafast nonlinear optics; the
equations for GSSF evaluate in $O(M^2\log M)$ time for an $M$-mode system with
$O(M^2)$ quantum correlations. To demonstrate the broad applicability of GSSF,
we numerically study quantum noise dynamics and multimode entanglement in
several ultrafast systems, from canonical soliton propagation in third-order
($\chi^{(3)}$) waveguides to saturated $\chi^{(2)}$ broadband parametric
generation and supercontinuum generation, e.g., as recently demonstrated in
thin-film lithium niobate nanophotonics.
- Abstract（参考訳）: 分散波動導波路における超高速パルスの伝搬は、空間と時間の両方で強い磁場閉じ込めを示すが、全光プラットフォームにおける単一光子非線形性への有望な道である。
しかし、そのようなシステムの量子工学は、複雑な多重モードと非線形量子力学を利用するために、新しい数値ツールと物理的な洞察を必要とする。
本研究では,広帯域量子揺らぎと絡み合いを含む相関の非線形ダイナミクスを捉えるために,自己整合型マルチモードガウス状態モデルを用いた。
特に、ガウス状態によるパラメトリゼーションにもかかわらず、このモデルは平均場と量子相関の両方において非線形ダイナミクスを示し、従来の量子ノイズの線形化処理、特に利得飽和と強い非線形性を示すシステムに対して顕著な利点を与える。
古典的超高速非線形光学で用いられる高効率なSSF法を自然に一般化するガウス分割ステップフーリエ法(GSSF)の形式をとり、GSSFの方程式は$O(M^2\log M)$時間と$O(M^2)$量子相関を持つ$M$モード系で評価する。
GSSFの広範適用性を示すため,超高速システムにおける量子ノイズダイナミクスとマルチモードエンタングルメントを,3次(\chi^{(3)}$)導波路の正準ソリトン伝搬から飽和$\chi^{(2)}$ブロードバンドパラメトリック生成および超連続生成,例えば近年のニオブ酸リチウムナノフォトニクスで実証されたような超高速システムにおいて,数値的に検討した。
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