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Jul 02, 2023

非線形性が競合する非線形カプラの量子的特徴

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8245 (2022) この記事を引用する この研究では、二次および三次を利用したマルチ導波路非線形カプラーの量子特性を調べます。

Scientific Reports volume 12、記事番号: 8245 (2022) この記事を引用

この研究では、二次および三次の非線形性を利用した多導波路非線形結合器の量子特性を調べます。 検討中のシステムには 4 つの同一のチャネルが含まれており、それぞれが 1 つの基本横モードを持ちます。 このタイプの非線形カプラの本質は、このクラスのデバイスで生成された非古典的な特徴に対する 2 つ以上の競合する非線形性の影響を調べることです。 ここでは、基本高調波 (FH) 場が 2 倍の周波数の第 2 高調波 (SH) 場にペアでアップコンバートされ、他のカー非線形導波路からの場とエバネッセント結合される第 2 高調波発生の場合を考えます。 位相空間の正の P 表現を使用すると、密度行列の時間発展を、古典的な準確率分布の対応するフォッカー プランク方程式にマッピングできます。 ランジュバン確率方程式を使用すると、位相空間におけるシステムの正確な表現が、サブポアソン特性、スクイージング、およびエンタングルメントの実証につながりました。 すべてのチャネル導波路でより効果的なスクイーズが達成されるため、χ(2)–χ(3) 相互作用を備えた本システムは、量子光ダイマー (QOD) やカー非線形カプラーなどの他のバージョンの非線形カプラーに代わるより効率的な代替手段となる可能性があります ( KNC）。 さらに、そのような構造は、異なる導波路内のモード間の相関の形で結合モード相互作用においてより高い柔軟性を提供します。 これにより、強化された非古典的効果を生成するためのより良いメカニズムが提供されます。

量子光学における非古典現象は、将来の集積光学技術のリソース要素として使用される可能性があります1。 これを中心に、さまざまな実装設計で結合発振器を使用して非古典的効果を達成することに関する重要な研究が報告されています2、3、4、5、6。 中でも、広範囲の非古典状態を生成する可能性を持つ最もアクティブなシステムの 1 つは、導波波構造の統合です 7、8、9、10。 光導波路構造はフォトニック回路アプリケーションと互換性があるため、このアプローチは依然として有利です11。 非線形導波路アレイ 12 などのモノリシックフォトニックデバイスは、カスケード量子ウォーク 13、連続変数量子情報処理 14、15、計算 16、および量子状態工学 17 を通じて非古典二光子状態を生成できます。 この構成の利点には、光パルスの重なりによる歪みの可能性を排除することにより、潜在的なマルチチャネル システムの開発が容易になること18、19、20が含まれます。また、長距離にわたるより安定した伝播、より高い伝送速度、および同等のマルチモード モデルと比較して減衰が少ない21。 量子光の光源として、結合モード相互作用においてより多用途性を提供します。 チャネル導波路を追加した結果、異なるチャネルのモード間の相関関係の新たな可能性が組み込まれ、非古典的効果を生成するためのより良いメカニズムが確立される可能性があります 22、23、24、25。

導波路構造は、量子効果の生成に関連する非線形現象の開発においてかなりの注目を集めています26、27、28。 我々は以前、二次χ(2)22,23または三次χ(3)24,25非線形効果を有する非線形導波路を利用するマルチチャネル相互作用を介して強化された非古典状態を生成する可能性を報告した。 この背後にある基本概念は、χ(2) または χ(3) 導波路の数を増やすことで相互作用モードの数を強化し、各システムを独立して処理することでした。 この研究は、高品質のデータ転送を備えた高密度光ネットワークの基盤として、量子通信の観点から依然として価値があります。 したがって、χ(2) – χ(3) 型相互作用の非古典的効果が拡大する可能性を検討する必要があります。 興味深いことに、χ(2) と χ(3) の両方の非線形性を持つシステムからは、さまざまな有用な物理力学が現れるでしょう 29。 χ(2) と高次の非線形性の両方との相互作用を伴う強化された非古典効果と相関関係は、たとえば進行波および共振器内第二高調波発生 (SHG)30、原子コヒーレンス アンサンブル 31、非対称二量子の場合など、以前に観察されています。井戸32と量子ドット33。 一般に、スクイーズやエンタングルメントなどの非古典状態を強化すると、量子通信や情報処理に役立つ可能性があります。