論文の概要: Characterizing Biphoton Spatial Wave Function Dynamics with Quantum Wavefront Sensing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.04973v1
• Date: Fri, 7 Jun 2024 14:37:45 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-10 13:41:57.385599
• Title: Characterizing Biphoton Spatial Wave Function Dynamics with Quantum Wavefront Sensing
• Title（参考訳）: 量子ウェーブフロントセンシングによるバイフォトン空間波動関数ダイナミクスのキャラクタリゼーション
• Authors: Yi Zheng, Zhao-Di Liu, Rui-Heng Miao, Jin-Ming Cui, Mu Yang, Xiao-Ye Xu, Jin-Shi Xu, Chuan-Feng Li, Guang-Can Guo,
• Abstract要約: 量子シャック・ハートマン波面センサを導入し、双光子空間波動関数の効率的かつ参照不要な計測を行う。 我々の研究は、量子物理および適応光学における決定的なステップであり、高次相関やトポロジカルパターンで量子光学場を特徴づける道を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.095723333008811
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: With an extremely high dimensionality, the spatial degree of freedom of entangled photons is a key tool for quantum foundation and applied quantum techniques. To fully utilize the feature, the essential task is to experimentally characterize the multiphoton spatial wave function including the entangled amplitude and phase information at different evolutionary stages. However, there is no effective method to measure it. Quantum state tomography is costly, and quantum holography requires additional references. Here we introduce quantum Shack-Hartmann wavefront sensing to perform efficient and reference-free measurement of the biphoton spatial wave function. The joint probability distribution of photon pairs at the back focal plane of a microlens array is measured and used for amplitude extraction and phase reconstruction. In the experiment, we observe that the biphoton amplitude correlation becomes weak while phase correlation shows up during free-space propagation. Our work is a crucial step in quantum physical and adaptive optics and paves the way for characterizing quantum optical fields with high-order correlations or topological patterns.
• Abstract（参考訳）: 非常に高次元で、絡み合った光子の空間的自由度は、量子基盤と応用量子技術の鍵となるツールである。 この特徴を十分に活用するには、異なる進化段階において、絡み合った振幅と位相情報を含む多光子空間波関数を実験的に特徴づけることが不可欠である。 しかし、それを測定する効果的な方法はない。 量子状態トモグラフィーは高価であり、量子ホログラフィーには追加の参照が必要である。 ここでは、二光子空間波動関数の効率的かつ参照不要な測定を行うために量子シャック・ハートマン波面センシングを導入する。 マイクロレンズアレイの後方焦点面における光子対の結合確率分布を測定し、振幅抽出と位相再構成に利用する。 実験では,自由空間伝播中に位相相関が現れると,バイフォトン振幅の相関が弱くなるのが観察された。 我々の研究は、量子物理および適応光学における決定的なステップであり、高次相関やトポロジカルパターンで量子光学場を特徴づける道を開く。

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