論文の概要: Analytic solution to degenerate biphoton states generated in arrays of nonlinear waveguides

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.18740v1
• Date: Wed, 27 Nov 2024 20:31:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-02 20:28:07.634042
• Title: Analytic solution to degenerate biphoton states generated in arrays of nonlinear waveguides
• Title（参考訳）: 非線形導波路アレイに生成する2光子状態の退化の解析解
• Authors: Jefferson Delgado-Quesada, David Barral, Kamel Bencheikh, Edgar A. Rojas-González,
• Abstract要約: 我々は、非減算ポンプ近似の下での退化二光子状態の進化の解析解を得るためにスーパーモーズ法を用いる。 解析結果は非線形導波路のアレイにおける光の伝播に関する貴重な物理的洞察を与える。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Waveguide arrays are a powerful platform for studying and manipulating quantum states of light. When nonlinearity arises due to a spontaneous parametric down-conversion process, the degree of entanglement can increase, contrary to a linear array, enabling the generation of nonclassical biphoton states -- which are a valuable resource for various quantum technologies. In this work, we employed a supermodes approach to obtain an analytic solution for the evolution of degenerate biphoton states under the undepleted pump approximation. We examined the general features of our solution, including results for small arrays, propagation when only one waveguide is pumped, and the inversion problem of a target output state. Analytic results offer valuable physical insights into the propagation of light in arrays of nonlinear waveguides, and enable the determination of the initial conditions required to achieve a desired quantum state -- for example, the injection pump profile. In general, such calculations can be computationally demanding for large arrays. However, the numerical implementation of the proposed method scales efficiently -- both for the direct, and inverse problems. In future work, our approach could be extended to non-degenerate biphoton states. Also, it could be applied in the study of diffusion regimes, the introduction of disorder, and the development of reliable optimization methods for inverting arbitrary output states.
• Abstract（参考訳）: 導波路アレイは光の量子状態の研究と操作のための強力なプラットフォームである。 非線形性は、自発的なパラメトリックダウンコンバージョンプロセスによって生じると、線形配列とは対照的に絡み合いの度合いが増大し、様々な量子技術にとって貴重な資源である非古典的双光子状態の生成が可能となる。本研究では、非切断型ポンプ近似の下での縮退型双光子状態の進化に関する解析解を得るために、スーパーモーズアプローチを用いて、小さなアレイの結果、1つの導波管がポンプで励起された場合の伝播、ターゲット出力状態の反転問題を含む、我々の解の一般的な特徴を検証した。解析結果は、非線形導波管のアレイにおける光の伝播に関する貴重な物理的洞察を提供し、例えば、所望の量子状態を達成するために必要な初期条件の判定を可能にする。 一般に、そのような計算は大きな配列に対して計算的に要求される。 しかし,提案手法の数値的実装は,直接問題と逆問題の両方において,効率よくスケールする。 今後の研究では、我々のアプローチは非退化二光子状態にまで拡張できる。 また、拡散状態の研究、障害の導入、任意の出力状態の反転のための信頼性の高い最適化手法の開発にも適用できる。

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