論文の概要: Nonreciprocal quantum photon-pair source with chiral ferroelectric nematics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.11399v1
- Date: Fri, 14 Mar 2025 13:42:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-17 13:05:47.409566
- Title: Nonreciprocal quantum photon-pair source with chiral ferroelectric nematics
- Title（参考訳）: キラル強誘電体ネマティクスを用いた非相互量子光子対光源
- Authors: Jin-Tao Pan, Yun-Kun Wu, Ling-Ling Ma, Ning Wang, Xin-Yu Tao, Bo-Han Zhu, Shu Wang, Fang-Wen Sun, Guang-Can Guo, Hui Jing, Xi-Feng Ren, Yan-Qing Lu,
- Abstract要約: マイクロ/ナノスケールヘリカル構造非線形光学流体に高効率な量子光子源を実験的に実装した。
両光子生成における22.6dBの分離と、古典的な光学的相互性を維持しながら、非相互量子偏光状態の分離を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.15495359361234
- License:
- Abstract: Quantum nonreciprocity-a fundamental phenomenon enabling directional control of quantum states and photon correlations-has long been recognized as pivotal for quantum technologies. However, the experimental realization of nonreciprocal quantum photon-pair generation, as a critical prerequisite for advancing quantum systems, continues to be an outstanding challenge that remains unaddressed in practice. Here, we experimentally implement a highly-efficient nonreciprocal quantum photon source in a micro/nano-scale helical structured nonlinear optical fluid. Intriguing helical quasi-phase matching is achieved by deliberately engineering the pitch of the chiral ferroelectric structure, thus enabling spontaneous parametric down-conversion with record-high brightness (5,801.6 Hz*mW-1, 10,071% enhancement over phase-mismatched systems) and high coincidence-to-accidental ratio, rivaling state-of-the-art centimeter-scale nonlinear crystals. In particular, by tailoring the ferroelectric helix structure with orthogonally aligned head and tail polarization vectors, we demonstrate up to 22.6 dB isolation in biphoton generation coupled with nonreciprocal quantum polarization states, while maintaining classical optical reciprocity. This quantum liquid-crystal-based platform, combining flexible tunability and superior performance of purely quantum nonreciprocity at micro/nano scales, builds a bridge between a wide range of soft-matter systems, nonreciprocal physics, and emerging quantum photonic technologies.
- Abstract（参考訳）: 量子非相互性(quantum non-reciprocity)は、量子状態と光子相関の方向制御を可能にする基本的な現象であり、量子技術にとって重要な存在であると考えられてきた。
しかし、非相互量子光子対生成の実験的実現は、量子系を進化させる上で重要な前提条件であり、実際には未解決の課題である。
そこで我々は,マイクロ/ナノスケールヘリカル構造非線形光学流体に高効率な量子光子源を実験的に実装した。
カイラル強誘電体構造のピッチを意図的に設計することにより、記録的な明るさ(5,801.6 Hz*mW-1, 10,071%の位相ミスマッチ系による強化)と偶然とアクシデンタル比で自発的なパラメトリックダウンコンバージョンを可能にし、最先端のセンチメートルスケールの非線形結晶に匹敵する。
特に、直交した頭と尾の偏光ベクトルで強誘電体ヘリックス構造を調整することにより、古典的な光学的相互性を維持しながら、非相互量子偏光状態と結合した双光子生成において最大22.6dBの孤立を示す。
この量子液晶ベースのプラットフォームは、柔軟なチューニング性と、マイクロ/ナノスケールでの純粋に量子的非相互性の優れた性能を組み合わせることで、幅広いソフトマッターシステム、非相互物理学、新興量子フォトニクス技術の間のブリッジを構築する。
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