Przewidywanie i pomiar widma łącznego pary fotonów

Wojciech Wasilewski, Piotr Kolenderski, Konrad Banaszek Zakład Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej UMK

Piotr Wasylczyk, Czesław RadzewiczLaboratorium Procesów Ultraszybkich IFD UW

Wciąż brak dobrego źródła par i pojedynczych fotonów

• Eksperymenty z informacją kwantową

• Obliczenia kwantowe

• Kryptografia kwantowa

Plan

• Zastosowania: co jest potrzebne?

• Generacja par w krysztale nieliniowym

• Osiągnięcia: co mamy?

• Opis pary fotonów

• Pomiar widma fotonu i pary

Zastosowania

Interferometr Hong-Ou-Mandla

Obiekt pożądania

a b

|1a|1b

p|1a|1b 1|a1|b+(1-p)|00|

|1 foton

|1k Ec(x,t) =Σck exp(ik.x-it)

|

|1c = Σck

Interferometr Hong-Ou-Mandla

|

|

| -

|

|

|

Interferencja dwóch fotonów

-400f -300f -200f -100f 0 100f 200f 300f 400f0

200

400

600

800

coin

cyd

en

ce c

ou

nts

pe

r s

delay [fs]

Kryształ nieliniowy

P = 0E + (2)EE+…

Przypadek ogólny

k3, 3

k2, 2

k1, 1

k3 =k1+ k2

3 =1+ 2

Sprawność [sin(k L/2)/k]2

L k = k3z-k1z-k2z

Typowe źródła

Typ I eoo

Typowe źródła

Typ II eoe

Typowe źródła

Typ II eoe

Typowe źródła

Typ II eoe

Przypadek ogólny

k3, 3

k2, 2

k1, 1

k3 =k1+ k2

3 =1+ 2

Amplituda sin(k L/2)/k

L k = k3z-k1z-k2z

Amplituda pary

1,k1,2 ,k2|out =

Ap(1+2,k1+k2) sin(k L/2)/k

|1,k1

|2,k2

1+2, k1+k2

Para w epoce światłowodów

1,2|out =

|1

|2

1+2, 11/c+22/c 1

2

1| u1(k1)| 2| u2(k2)|out

Mapa

1

3

2

13

Amplituda sin(k L/2)/k

Mapa

1

3

1,2|out=Σ j fj(1)gj(2)

Obiekt dostępny

a b

Σ j|1aj|1bj

| | 0

| 1 | | 2 |

Obiekt dostępny

a b

Σ j|1aj|1bj

| 02

|

| 12

|

| 22

|

Filtrowanie

1

3

| | 0

| 1 | | 2 |

Mapa

1

3

1,2|out=Σ j fj(1)gj(2)

Jak zmierzyć |1,2|out|2 ?

Monochromator1

Monochromator2

Y. Kim, W.P. Grice Opt. Lett. 30, 908, (2005)

Jak zmierzyć |1,2|out|2 ?

1

2

Jak to działa?

1

p

Jak to działa?

1

1

2

C

p1

2

p 2

Jak to działa?

1

2

Interferogram

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1

2

Widmo łączne

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1

Realizacja eksperymentalna

A co z dyspersją?

x

p

x

p

x

p ~ cos(2x/c)+1 p ~ cos(2nx/c)+1

x

A co z dyspersją?

I

x

I

x

I ~ cos(2x/c)+1 I ~ cos(2nx/c)+1

Optymalne zbieranie danych

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

1

2

Wynik

Przewidywanie

Porównanie

Podsumowanie

• Wiemy czego chcemy

• Rozumiemy działanie istniejących źródeł

• Mamy narzędzie diagnostyczne

• Szczególne zalety pojawią się w

podczerwieni

WW, P. Wasylczyk, P. Kolenderski, K. Banaszek, C. Radzewicz,Opt. Lett., w druku