論文の概要: Conservation of angular momentum on a single-photon level

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.09139v1
• Date: Fri, 13 Sep 2024 18:47:56 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-09-17 22:09:06.786793
• Title: Conservation of angular momentum on a single-photon level
• Title（参考訳）: 単光子レベルでの角運動量の保存
• Authors: Lea Kopf, Rafael Barros, Shashi Prabhakar, Enno Giese, Robert Fickler,
• Abstract要約: 自発的なパラメトリックダウンコンバージョン中の軌道角運動量(OAM)の保存は、絡み合ったOAMを持つ光子対の生成を可能にする。 単一ツイスト光子により励起されるSPDCの最初の実現について報告する。 その結果, 単光子レベルでのOAM保存が確認され, 光子統計を平均化することにより, 古典的なポンプ磁場によって誘導されるSPDCへ直接転送されることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Identifying conservation laws is central to every subfield of physics, as they illuminate the underlying symmetries and fundamental principles. These laws have far-reaching implications, not only enhancing our theoretical understanding but also enabling practical applications. A prime example can be found in quantum optics: The conservation of orbital angular momentum (OAM) during spontaneous parametric down-conversion (SPDC) enables the generation of a photon pair with entangled OAM. This quantum correlation is commonly attributed to the conservation of the topological charge of a strong coherent pump field driving the process. However, the topological charge of such a classical field only determines the average OAM per photon, so that the total OAM carried by the field has fluctuations as a direct consequence of its photon statistics. In this article, we report on the first realisation of SPDC pumped by a single twisted photon. Our results confirm OAM conservation at the single-photon level and directly transfer to SPDC induced by classical pump fields by averaging over their photon statistics. In addition to verifying a central property of SPDC, our results present the first implementation of cascaded down-conversion in bulk media, setting the stage for experiments on the direct generation of multi-photon high-dimensional entanglement using all degrees of freedom of light.
• Abstract（参考訳）: 保存法則の特定は、基礎となる対称性と基本原理を明るみに出すため、物理学のすべてのサブフィールドの中心である。 これらの法則は、理論的な理解を深めるだけでなく、実践的な応用を可能にしている。 自然パラメトリックダウンコンバージョン(SPDC)中の軌道角運動量(OAM)の保存は、絡み合ったOAMを持つ光子対の生成を可能にする。 この量子相関は、この過程を駆動する強いコヒーレントポンプ場のトポロジカル電荷の保存に起因する。 しかし、そのような古典場のトポロジカル電荷は光子当たりの平均OAMしか決定しないため、光子統計の直接的な結果として、磁場によって運ばれる全OAMが変動する。 本稿では,1つのツイスト光子によって励起されるSPDCの最初の実現について報告する。 その結果, 単光子レベルでのOAM保存が確認され, 光子統計を平均化することにより, 古典的なポンプ磁場によって誘導されるSPDCへ直接転送されることがわかった。 本研究は,SPDCの中枢特性の検証に加えて,バルク媒体におけるカスケードダウンコンバージョンの最初の実装を示し,光自由度を用いた多光子高次元エンタングルメントの直接発生実験の舞台とした。

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