Optyczny wzmacniacz parametryczny jako

Optyczny wzmacniacz parametryczny jako

Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło
splątanych par fotonów
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał
(SKFiz UW)
VII OSKNF
8 XI 2008
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Plan
Po co nam optyka kwantowa?
Czerwony + Czerwony = Niebieski? Procesy parametryczne.
Czy foton może się rozpaść?
Optyczny wzmacniacz parametryczny – terawaty mocy.
Jak wycisnąć coś z niczego?
A co autorzy mają z tym wszystkim wspólnego?
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Po co nam optyka kwantowa?
Światło o nieklasycznych własnościach. Zastosowanie:
Kryptografia (działa!)
Teleportacja (działa!)
A może kiedyś komputer kwantowy?
Czy zawsze kwanty są po naszej stronie?
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Po co nam optyka kwantowa?
Światło o nieklasycznych własnościach. Zastosowanie:
Kryptografia (działa!)
Teleportacja (działa!)
A może kiedyś komputer kwantowy?
Czy zawsze kwanty są po naszej stronie?
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Po co nam optyka kwantowa?
Światło o nieklasycznych własnościach. Zastosowanie:
Kryptografia (działa!)
Teleportacja (działa!)
A może kiedyś komputer kwantowy?
Czy zawsze kwanty są po naszej stronie?
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Po co nam optyka kwantowa?
Światło o nieklasycznych własnościach. Zastosowanie:
Kryptografia (działa!)
Teleportacja (działa!)
A może kiedyś komputer kwantowy?
Czy zawsze kwanty są po naszej stronie?
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Powtórka z optyki nieliniowej
Nieliniowe zjawiska optyczne.
P = χ(1) E
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Powtórka z optyki nieliniowej
Nieliniowe zjawiska optyczne.
P = χ(1) E + χ(2) E 2
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Powtórka z optyki nieliniowej
Nieliniowe zjawiska optyczne.
P = χ(1) E + χ(2) E 2 + . . .
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Powtórka z optyki nieliniowej
Nieliniowe zjawiska optyczne.
P = χ(1) E + χ(2) E 2 + . . .
Generacja drugiej harmonicznej.
E = E0 e iωt + c.c.
P = χ(1) E + χ(2) |E0 |2 e 2iωt + e −2iωt + 2 + . . .
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Powtórka z optyki nieliniowej
Nieliniowe zjawiska optyczne.
P = χ(1) E + χ(2) E 2 + . . .
Generacja drugiej harmonicznej.
E = E0 e iωt + c.c.
P = χ(1) E + χ(2) |E0 |2 e 2iωt + e −2iωt + 2 + . . .
Suma częstości, różnica częstości, trzecia harmoniczna itd.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Czerwone + Czerwone = Niebieskie
Klasycznie
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Czerwone + Czerwone = Niebieskie
Klasycznie
Kwantowo (naiwnie)
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Czy foton może się rozpaść?
W fizyce kwantowej każdy
proces ma swój proces
odwrotny.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Czy foton może się rozpaść?
W fizyce kwantowej każdy
proces ma swój proces
odwrotny.
Fluorescencja
parametryczna.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Optyczny wzmacniacz parametryczny
Rodzaj emisji wymuszonej.
Brak strat termicznych.
Szerokie pasmo
wzmocnienia.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Optyczny wzmacniacz parametryczny — zastosowanie
Wzmacnianie sygnałów.
Terawaty mocy.
Przyspieszanie elektronów i
protonów.
Generacja wysokich
harmonicznych.
Femtosekundowe impulsy
roentgenowskie.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Optyczny wzmacniacz parametryczny — zastosowanie
Wzmacnianie sygnałów.
Terawaty mocy.
Przyspieszanie elektronów i
protonów.
Generacja wysokich
harmonicznych.
Femtosekundowe impulsy
roentgenowskie.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Optyczny wzmacniacz parametryczny — zastosowanie
Wzmacnianie sygnałów.
Terawaty mocy.
Przyspieszanie elektronów
i protonów.
Generacja wysokich
harmonicznych.
Femtosekundowe impulsy
roentgenowskie.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Optyczny wzmacniacz parametryczny — zastosowanie
Wzmacnianie sygnałów.
Terawaty mocy.
Przyspieszanie elektronów i
protonów.
Generacja wysokich
harmonicznych.
Femtosekundowe impulsy
roentgenowskie.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Optyczny wzmacniacz parametryczny — zastosowanie
Wzmacnianie sygnałów.
Terawaty mocy.
Przyspieszanie elektronów i
protonów.
Generacja wysokich
harmonicznych.
Femtosekundowe impulsy
roentgenowskie.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Szum kwantowy
Na wyjściu wzmacniacza obserwujemy zaszumiony sygnał.
Bierze się ze spontanicznego rozpadu fotonów pompy.
Zarówno wzmocnienie sygnału jak i spontaniczną
fluorescencję można ująć w jeden proces ściskania.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Szum kwantowy
Na wyjściu wzmacniacza obserwujemy zaszumiony sygnał.
Bierze się ze spontanicznego rozpadu fotonów pompy.
Zarówno wzmocnienie sygnału jak i spontaniczną
fluorescencję można ująć w jeden proces ściskania.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Szum kwantowy
Na wyjściu wzmacniacza obserwujemy zaszumiony sygnał.
Bierze się ze spontanicznego rozpadu fotonów pompy.
Zarówno wzmocnienie sygnału jak i spontaniczną
fluorescencję można ująć w jeden proces ściskania.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Pole elektromagnetyczne w ujęciu kwantowym
Klasycznie
B
Pomiar pola elektrycznego
E = A cos(ωt) + B sin(ωt)
Zasada nieoznaczoności.
∆A∆B ­ 1
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
A
Pole elektromagnetyczne w ujęciu kwantowym
Kwantowo
B
Pomiar pola elektrycznego
E = A cos(ωt) + B sin(ωt)
Zasada nieoznaczoności.
∆A∆B ­ 1
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
A
Jak wycisnąć coś z niczego?
Ściskanie sygnału
E (z) = Ae ζz cos(ωt) + Be −ζz sin(ωt)
B
B
A
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
A
Jak wycisnąć coś z niczego?
Kwantowe ściskanie próżni
B
B
A
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
A
Kwantowe korelacje przy stratach
Korelacje czasowe we
fluorescencji parametrycznej w
obecności strat.
Stacjonarne stany kwantowe
Brak strat. Wysycanie
zasady nieoznaczoności.
Straty. Stan “puchnie”.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Stan ściśnięty a splątanie
Ściskając próżnię otrzymujemy...
LUB
|squeezedi =
LUB
LUB
p
LUB
1 − r 2 |0, 0i + r |1, 1i + r 2 |2, 2i + . . .
|squeezedi =
6 |ψi ⊗ |ϕi
Mamy do czynienia ze stanem splątanym.
Kontrolowane źródło fotonów.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Stan ściśnięty a splątanie
Ściskając próżnię otrzymujemy...
LUB
|squeezedi =
LUB
LUB
p
LUB
1 − r 2 |0, 0i + r |1, 1i + r 2 |2, 2i + . . .
|squeezedi =
6 |ψi ⊗ |ϕi
Mamy do czynienia ze stanem splątanym.
Kontrolowane źródło fotonów.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Stan ściśnięty a splątanie
Ściskając próżnię otrzymujemy...
LUB
|squeezedi =
LUB
LUB
p
LUB
1 − r 2 |0, 0i + r |1, 1i + r 2 |2, 2i + . . .
|squeezedi =
6 |ψi ⊗ |ϕi
Mamy do czynienia ze stanem splątanym.
Kontrolowane źródło fotonów.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Stan ściśnięty a splątanie
Ściskając próżnię otrzymujemy...
LUB
|squeezedi =
LUB
LUB
p
LUB
1 − r 2 |0, 0i + r |1, 1i + r 2 |2, 2i + . . .
|squeezedi =
6 |ψi ⊗ |ϕi
Mamy do czynienia ze stanem splątanym.
Kontrolowane źródło fotonów.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Jak świecić we wzmacniacz?
Świecenie jakkolwiek - źle.
Używając
charakterystycznego modu
- optymalne wzmocnienie,
łatwa redukacja szumów,
dobre własności kwantowe.
Funkcje Hermite’a-Gaussa.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Podsumowanie
Optyczny wzmacniacz parametryczny
– zastosowanie klasyczne i kwantowe.
Obecność fluorescencji parametrycznej w obu zastosowaniach.
Spontaniczny rozpad fotonu / ściskanie stanu próżni.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Bibliografia
Wojciech Wasilewski. Źródła fotonów w łączności kwantowej.
http://www.fuw.edu.pl/ wwasil/
I. Bialynicki-Birula and Z. Bialynicka-Birula. QED: Quantum theory
of the electromagnetic field.
Encyclopedia of Modern Optics, Ed. Bob D. Guenther (Elsevier,
Amsterdam, 2004), p. 211.
http://www.cft.edu.pl/ birula/
Wojciech Wasilewski, A. I. Lvovsky, Konrad Banaszek, Czeslaw
Radzewicz, Pulsed squeezed light: simultaneous squeezing of
multiple modes, Phys. Rev. A 73, 063819 (2006).
Samuel L. Braunstein. Squeezing as an irreducible resource. Physical
Review A 71, 055801-1/4 (2005).
http://arxiv.org/pdf/quant-ph/9904002
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Dziękujemy za uwagę
W prezentacji pominęliśmy klika innych makroskopowych efektów
kwantowych.
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Dziękujemy za uwagę
W prezentacji pominęliśmy klika innych makroskopowych efektów
kwantowych. ;)
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów
Dziękujemy za uwagę
W prezentacji pominęliśmy klika innych makroskopowych efektów
kwantowych. ;)
Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW)
Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów