論文の概要: Observing the dynamics of quantum states generated inside nonlinear optical cavities

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.01772v1
• Date: Mon, 02 Dec 2024 18:20:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-04 15:43:51.562300
• Title: Observing the dynamics of quantum states generated inside nonlinear optical cavities
• Title（参考訳）: 非線形光学キャビティ内で発生した量子状態のダイナミクスの観察
• Authors: Seou Choi, Yannick Salamin, Charles Roques-Carmes, Jamison Sloan, Michael Horodynski, Marin Soljacic,
• Abstract要約: 光周波数における量子状態は、しばしば強い非線形相互作用を促進するためにキャビティ内で生成される。 非線形光学キャビティ内で発生した量子状態を再構成し,そのダイナミクスを観察するための枠組みを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.659508915790332
• License:
• Abstract: Quantum states at optical frequencies are often generated inside cavities to facilitate strong nonlinear interactions. However, measuring these quantum states with traditional homodyne techniques poses a challenge, as outcoupling from the cavity disturbs the state's quantum properties. Here, we propose a framework for reconstructing quantum states generated inside nonlinear optical cavities and observing their dynamics. Our approach directly imprints the field distribution of the cavity quantum state onto the statistics of bistable cavity steady-states. We propose a protocol to fully reconstruct the cavity quantum state, visualized in 2D phase-space, by measuring the changes in the steady-state statistics induced by a probe signal injected into the cavity under different condition. We experimentally demonstrate our approach in a degenerate optical parametric oscillator, generating and reconstructing the quasi-probability distribution of different quantum states. As a validation, we reconstruct the Husimi Q function of the cavity squeezed vacuum state. In addition, we observe the evolution of the quantum vacuum state inside the cavity as it undergoes phase-sensitive amplification. By enabling generation and measurement of quantum states in a single nonlinear optical cavity, our method realizes an "end-to-end" approach to intracavity quantum tomography, facilitating studies of quantum optical phenomena in nonlinear driven-dissipative systems.
• Abstract（参考訳）: 光周波数における量子状態は、しばしば強い非線形相互作用を促進するためにキャビティ内で生成される。 しかし、これらの量子状態を従来のホモダイン技術で測定することは、空洞からの外部結合が状態の量子特性を乱すため、課題となる。 本稿では,非線形光学キャビティ内で発生した量子状態を再構成し,そのダイナミクスを観察するための枠組みを提案する。 我々の手法は、双安定キャビティ定常状態の統計にキャビティ量子状態の場分布を直接印字する。 本研究では、2次元位相空間で可視化された空洞量子状態を完全に再構成するプロトコルを提案する。 我々は, 量子状態の準確率分布の生成と再構成を行う, 縮退型光パラメトリック発振器における我々のアプローチを実験的に実証した。 検証として空洞収縮真空状態のフシミQ関数を再構成する。 さらに, 位相感度増幅によるキャビティ内部の量子真空状態の進化を観察した。 単一非線形光共振器における量子状態の生成と測定を可能にすることにより, 共振器内量子トモグラフィーの「エンドツーエンド」アプローチを実現し, 非線形駆動散逸系における量子光学現象の研究を容易にする。

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