論文の概要: Single-shot characterization of photon indistinguishability with dielectric metasurfaces
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.01485v2
- Date: Thu, 11 Apr 2024 00:33:50 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-12 18:45:46.814708
- Title: Single-shot characterization of photon indistinguishability with dielectric metasurfaces
- Title（参考訳）: 誘電体準曲面を用いた光子識別性の単発評価
- Authors: Jihua Zhang, Jinyong Ma, Neuton Li, Shaun Lung, Andrey A. Sukhorukov,
- Abstract要約: 光子の区別不可能性を特徴づけることは、量子フォトニクスにおいて重要な課題である。
我々は、再構成可能な要素を使わずに、静的な誘電体準曲面格子を開発する。
我々は、98.4%以上の忠実度を持つ時間領域における光子の識別不可能性を実験的に定量化した。
- 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: Characterizing the indistinguishability of photons is a key task in quantum photonics, underpinning the tuning and stabilization of the photon sources and thereby increasing the accuracy of quantum operations. The protocols for measuring the degree of indistinguishability conventionally require photon-coincidence measurements at several different time or phase delays, which is a fundamental bottleneck towards the fast measurements and real-time monitoring of indistinguishability. Here, we develop a static dielectric metasurface grating without any reconfigurable elements that realizes a tailored multiport transformation in the free-space configuration without the need for phase locking and enables single-shot characterization of the indistinguishability between two photons in multiple degrees of freedom including time, spectrum, spatial modes, and polarization. Topology optimization is employed to design a silicon metasurface with polarization independence, high transmission, and high tolerance to measurement noise. We fabricate the metasurface and experimentally quantify the indistinguishability of photons in the time domain with fidelity over 98.4\%. We anticipate that the developed framework based on ultrathin metasurfaces can be further extended for multi-photon states and additional degrees of freedom associated with spatial modalities.
- Abstract（参考訳）: 光子の区別不可能性を特徴づけることは、量子フォトニクスにおいて重要な課題であり、光子源のチューニングと安定化を支え、量子演算の精度を高める。
従来、識別不能度を測定するためのプロトコルでは、複数の異なる時間または位相遅延での光子衝突測定が求められており、これは識別不能の高速測定とリアルタイムモニタリングの根本的なボトルネックとなっている。
ここでは、位相ロックを必要とせずに、自由空間構成で調整されたマルチポート変換を実現するような、再構成可能な要素を伴わない静的誘電体表面格子を開発し、時間、スペクトル、空間モード、偏光を含む複数の自由度において、2つの光子間の不明瞭さを単一ショットで評価できるようにする。
トポロジー最適化は、偏光独立性、高い透過性、そして測定ノイズに対する高い耐性を持つシリコン準曲面を設計するために用いられる。
我々は、準曲面を作製し、98.4\%以上の忠実度を持つ時間領域における光子の識別不可能性を実験的に定量化する。
超薄型変成層を基盤としたフレームワークは、多光子状態と空間的モダリティに付随する追加自由度のためにさらに拡張できると予想する。
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