Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW) Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów

Transkrypt

1 Optyczny wzmacniacz parametryczny jako źródło splątanych par fotonów Radosław Chrapkiewicz, Piotr Migdał (SKFiz UW) VII OSKNF 8 XI 2008

2 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?

3 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?

4 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?

5 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?

6 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?

7 Powtórka z optyki nieliniowej Nieliniowe zjawiska optyczne. P = χ (1) E

8 Powtórka z optyki nieliniowej Nieliniowe zjawiska optyczne. P = χ (1) E + χ (2) E 2

9 Powtórka z optyki nieliniowej Nieliniowe zjawiska optyczne. P = χ (1) E + χ (2) E

10 Powtórka z optyki nieliniowej Nieliniowe zjawiska optyczne. P = χ (1) E + χ (2) E Generacja drugiej harmonicznej. E = E 0 e iωt + c.c. ( ) P = χ (1) E + χ (2) E 0 2 e 2iωt + e 2iωt

11 Powtórka z optyki nieliniowej Nieliniowe zjawiska optyczne. P = χ (1) E + χ (2) E Generacja drugiej harmonicznej. E = E 0 e iωt + c.c. ( ) P = χ (1) E + χ (2) E 0 2 e 2iωt + e 2iωt Suma częstości, różnica częstości, trzecia harmoniczna itd.

12 Czerwone + Czerwone = Niebieskie Klasycznie

13 Czerwone + Czerwone = Niebieskie Klasycznie Kwantowo (naiwnie)

14 Czy foton może się rozpaść? W fizyce kwantowej każdy proces ma swój proces odwrotny.

15 Czy foton może się rozpaść? W fizyce kwantowej każdy proces ma swój proces odwrotny. Fluorescencja parametryczna.

16 Optyczny wzmacniacz parametryczny Rodzaj emisji wymuszonej. Brak strat termicznych. Szerokie pasmo wzmocnienia.

17 Optyczny wzmacniacz parametryczny zastosowanie Wzmacnianie sygnałów. Terawaty mocy. Przyspieszanie elektronów i protonów. Generacja wysokich harmonicznych. Femtosekundowe impulsy roentgenowskie.

18 Optyczny wzmacniacz parametryczny zastosowanie Wzmacnianie sygnałów. Terawaty mocy. Przyspieszanie elektronów i protonów. Generacja wysokich harmonicznych. Femtosekundowe impulsy roentgenowskie.

19 Optyczny wzmacniacz parametryczny zastosowanie Wzmacnianie sygnałów. Terawaty mocy. Przyspieszanie elektronów i protonów. Generacja wysokich harmonicznych. Femtosekundowe impulsy roentgenowskie.

20 Optyczny wzmacniacz parametryczny zastosowanie Wzmacnianie sygnałów. Terawaty mocy. Przyspieszanie elektronów i protonów. Generacja wysokich harmonicznych. Femtosekundowe impulsy roentgenowskie.

21 Optyczny wzmacniacz parametryczny zastosowanie Wzmacnianie sygnałów. Terawaty mocy. Przyspieszanie elektronów i protonów. Generacja wysokich harmonicznych. Femtosekundowe impulsy roentgenowskie.

22 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.

23 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.

24 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.

25 Pole elektromagnetyczne w ujęciu kwantowym Klasycznie B Pomiar pola elektrycznego E = A cos(ωt) + B sin(ωt) Zasada nieoznaczoności. A B 1 A

26 Pole elektromagnetyczne w ujęciu kwantowym Kwantowo B Pomiar pola elektrycznego E = A cos(ωt) + B sin(ωt) Zasada nieoznaczoności. A B 1 A

27 Jak wycisnąć coś z niczego? Ściskanie sygnału E(z) = Ae ζz cos(ωt) + Be ζz sin(ωt) B B A A

28 Jak wycisnąć coś z niczego? Kwantowe ściskanie próżni B B A A

29 Kwantowe korelacje przy stratach Korelacje czasowe we fluorescencji parametrycznej w obecności strat. Stacjonarne stany kwantowe Brak strat. Wysycanie zasady nieoznaczoności. Straty. Stan puchnie.

30 Stan ściśnięty a splątanie Ściskając próżnię otrzymujemy... LUB LUB LUB LUB squeezed = ) 1 r ( 0, r 1, 1 + r 2 2, squeezed ψ ϕ Mamy do czynienia ze stanem splątanym. Kontrolowane źródło fotonów.

31 Stan ściśnięty a splątanie Ściskając próżnię otrzymujemy... LUB LUB LUB LUB squeezed = ) 1 r ( 0, r 1, 1 + r 2 2, squeezed ψ ϕ Mamy do czynienia ze stanem splątanym. Kontrolowane źródło fotonów.

32 Stan ściśnięty a splątanie Ściskając próżnię otrzymujemy... LUB LUB LUB LUB squeezed = ) 1 r ( 0, r 1, 1 + r 2 2, squeezed ψ ϕ Mamy do czynienia ze stanem splątanym. Kontrolowane źródło fotonów.

33 Stan ściśnięty a splątanie Ściskając próżnię otrzymujemy... LUB LUB LUB LUB squeezed = ) 1 r ( 0, r 1, 1 + r 2 2, squeezed ψ ϕ Mamy do czynienia ze stanem splątanym. Kontrolowane źródło fotonów.

34 Jak świecić we wzmacniacz? Świecenie jakkolwiek - źle. Używając charakterystycznego modu - optymalne wzmocnienie, łatwa redukacja szumów, dobre własności kwantowe. Funkcje Hermite a-gaussa.

35 Podsumowanie Optyczny wzmacniacz parametryczny zastosowanie klasyczne i kwantowe. Obecność fluorescencji parametrycznej w obu zastosowaniach. Spontaniczny rozpad fotonu / ściskanie stanu próżni.

36 Bibliografia Wojciech Wasilewski. Źródła fotonów w łączności kwantowej. 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 birula/ Wojciech Wasilewski, A. I. Lvovsky, Konrad Banaszek, Czeslaw Radzewicz, Pulsed squeezed light: simultaneous squeezing of multiple modes, Phys. Rev. A 73, (2006). Samuel L. Braunstein. Squeezing as an irreducible resource. Physical Review A 71, /4 (2005).

37 Dziękujemy za uwagę W prezentacji pominęliśmy klika innych makroskopowych efektów kwantowych.

38 Dziękujemy za uwagę W prezentacji pominęliśmy klika innych makroskopowych efektów kwantowych. ;)

39 Dziękujemy za uwagę W prezentacji pominęliśmy klika innych makroskopowych efektów kwantowych. ;)