Новости

Jul 02, 2023

Квантовые особенности нелинейной связи с конкурирующей нелинейностью

Scientific Reports, том 12, номер статьи: 8245 (2022) Цитировать эту статью В этой работе мы исследуем квантовые особенности многоволнового нелинейного ответвителя, использующего второй и третий порядки.

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 8245 (2022) Цитировать эту статью

В этой работе мы исследуем квантовые особенности многоволнового нелинейного ответвителя, использующего нелинейности второго и третьего порядка. Рассматриваемая система содержит четыре идентичных канала, каждый из которых имеет одну основную поперечную моду. Суть этого типа нелинейной связи заключается в изучении влияния двух или более конкурирующих нелинейностей на генерируемые неклассические характеристики в устройствах этого класса. Здесь мы рассматриваем случай генерации второй гармоники, когда поля основной гармоники (FH) попарно преобразуются с повышением частоты в поля второй гармоники двойной частоты (SH), которые затем незаметно связываются с полями других нелинейных волноводов Керра. Используя положительное P-представление фазового пространства, эволюцию во времени матрицы плотности можно отобразить в соответствующее уравнение Фоккера – Планка классического распределения квазивероятностей. Используя стохастическое уравнение Ланжевена, точное представление системы в фазовом пространстве привело к демонстрации субпуассоновских свойств, сжатия и запутанности. При более эффективном сжатии, достигнутом во всех канальных волноводах, настоящая система с взаимодействием χ(2)–χ(3) может стать более эффективной альтернативой другим версиям нелинейных соединителей, таким как квантово-оптический димер (QOD) и нелинейный соединитель Керра ( КНК). Кроме того, такая структура обеспечивает большую гибкость при взаимодействии связанных мод в форме корреляции между модами в разных волноводах. Это обеспечивает лучший механизм генерации улучшенных неклассических эффектов.

Неклассические явления в квантовой оптике могут быть использованы в качестве ресурсных элементов в будущих технологиях интегрированной оптики1. В связи с этим сообщалось о значительных исследованиях по достижению неклассических эффектов с использованием связанных генераторов в различных реализациях2,3,4,5,6. Среди прочего, одной из наиболее активных систем, способных генерировать широкий спектр неклассических состояний, является интеграция направленных волновых структур7,8,9,10. Этот подход остается выгодным, поскольку структуры оптических волноводов совместимы с приложениями фотонных схем11. Монолитные фотонные устройства, такие как массив нелинейных волноводов12, могут генерировать неклассические бифотонные состояния посредством каскадных квантовых блужданий13, обработки квантовой информации с непрерывными переменными14,15, вычислений16 и инженерии квантовых состояний17. К преимуществам такой конфигурации можно отнести простоту разработки потенциальной многоканальной системы18,19,20 за счет исключения возможности искажений из-за наложения световых импульсов, а также обеспечение более стабильного распространения на большие расстояния, более высокую скорость передачи и меньшее затухание по сравнению с эквивалентными многомодовыми моделями21. Как источник квантового света он предлагает большую универсальность в взаимодействиях связанных мод. Новые возможности корреляции между модами в разных каналах открываются в результате добавления канальных волноводов и, таким образом, может быть установлен лучший механизм генерации неклассических эффектов22,23,24,25.

Волноводная структура привлекла значительное внимание при разработке нелинейных явлений, связанных с генерацией квантовых эффектов26,27,28. Ранее мы сообщали о возможностях генерации улучшенных неклассических состояний посредством многоканальных взаимодействий с использованием нелинейных волноводов с нелинейными эффектами второго χ(2)22,23 или третьего порядка χ(3)24,25. Основная идея, лежащая в основе этого, заключалась в увеличении количества взаимодействующих мод за счет увеличения количества волноводов χ(2) или χ(3), при этом каждая система рассматривалась независимо. Работа остается ценной с точки зрения квантовой связи как основы для плотных оптических сетей с высококачественной передачей данных. Поэтому необходимо рассмотреть возможность расширения неклассических эффектов для взаимодействий типа χ(2)–χ(3). Интересно, что разновидности полезной физической динамики возникнут из системы с нелинейностями как χ(2), так и χ(3)29. Усиленные неклассические эффекты и корреляции, включающие взаимодействие как с χ(2), так и с нелинейностями более высокого порядка, наблюдались ранее, например, в случае генерации второй гармоники бегущей волны и внутрирезонатора (ГВГ)30, ансамбля атомной когерентности31, асимметричного двойного квантового лунки32 и квантовые точки33. Улучшение неклассических состояний, таких как сжатие и запутанность, в целом может помочь в квантовой коммуникации и обработке информации.