Forskare vid Paderborn University har använt en ny metod för att bestämma egenskaperna hos optiska kvanttillstånd. För första gången använder de vissa fotondetektorer – enheter som kan detektera individuella ljuspartiklar – för så kallad homodyndetektering.
Förmågan att karakterisera optiska kvanttillstånd gör metoden till ett väsentligt verktyg för kvantinformationsbehandling. Exakt kunskap om egenskaperna är viktig för användning i till exempel kvantdatorer. Resultaten har nu publicerats i Optica Quantum.
"Homodyne-detektion är en metod som ofta används inom kvantoptik för att undersöka den vågliknande naturen hos optiska kvanttillstånd", förklarar Timon Schapeler från Paderborns arbetsgrupp "Mesoscopic Quantum Optics" vid Fysiska institutionen.
Tillsammans med Dr Maximilian Protte har han använt metoden för att undersöka de så kallade kontinuerliga variablerna för optiska kvanttillstånd. Detta involverar de variabla egenskaperna hos ljusvågor. Dessa kan till exempel vara amplituden eller fasen, det vill säga vågornas svängningsbeteende, som bland annat är viktiga för riktad manipulation av ljus.
För första gången har fysikerna använt supraledande nanotrådsdetektorer för singelfoton (SNPD) för mätningarna - för närvarande de snabbaste enheterna för fotonräkning. Med sin speciella experimentella uppställning har de två forskarna visat att en homodyndetektor med SNSPDs har ett linjärt svar på ingångsfotonflödet. Översatt betyder detta att den uppmätta signalen är proportionell mot insignalen.
"I princip medför integrationen av supraledande singelfotondetektorer många fördelar inom området kontinuerliga variabler, inte minst den inneboende fasstabiliteten. Dessa system har också nästan 100% detekteringseffektivitet på chipet. Detta innebär att inga partiklar går förlorade under Våra resultat kan möjliggöra utvecklingen av högeffektiva homodyndetektorer med singelfotonkänsliga detektorer, säger Schapeler.
Att arbeta med kontinuerliga ljusvariabler öppnar för nya och spännande möjligheter inom kvantinformationsbehandling bortom qubits, kvantdatorernas vanliga beräkningsenheter.
Mer information: Maximilian Protte et al, Lågbrusbalanserad homodyndetektion med supraledande nanotrådsdetektorer med en foton, Optica Quantum (2023). DOI:10.1364/OPTICAQ.502201
Tillhandahålls av Universität Paderborn
