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Jul 02, 2023

비선형성이 경쟁하는 비선형 커플러의 양자적 특성

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8245 (2022) 이 기사 인용 이 연구에서는 2차 및 3차를 활용하는 다중 도파관 비선형 커플러의 양자 특징을 조사합니다.

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 8245(2022) 이 기사 인용

본 연구에서는 2차 및 3차 비선형성을 활용하는 다중 도파관 비선형 결합기의 양자 특징을 조사합니다. 고려된 시스템은 각각 단일 기본 가로 모드를 갖는 4개의 동일한 채널을 포함합니다. 이러한 유형의 비선형 커플러의 핵심은 이 클래스의 장치에서 생성된 비고전적 기능에 대한 둘 이상의 경쟁 비선형성의 효과를 조사하는 것입니다. 여기서는 기본 고조파(FH) 필드가 쌍으로 이중 주파수 2차 고조파(SH) 필드로 상향 변환된 후 다른 Kerr 비선형 도파관의 필드와 소멸적으로 결합되는 2차 고조파 생성의 경우를 고려합니다. 위상 공간의 양의 P 표현을 사용하여 밀도 행렬의 시간 변화를 고전 준확률 분포의 해당 Fokker-Planck 방정식에 매핑할 수 있습니다. Langevin 확률 방정식을 사용하여 위상 공간에서 시스템을 정확하게 표현하면 하위 포아송 특성, 압착 및 얽힘이 입증되었습니다. 모든 채널 도파관에서 보다 효과적인 압착이 이루어지면 χ(2)-χ(3) 상호 작용을 갖춘 현재 시스템은 QOD(양자 광학 이량체) 및 Kerr 비선형 커플러와 같은 다른 버전의 비선형 커플러에 대한 보다 효율적인 대안이 될 수 있습니다. KNC). 또한 이러한 구조는 서로 다른 도파관의 모드 간 상관 관계 형태로 결합 모드 상호 작용에 더 많은 유연성을 제공합니다. 이는 향상된 비고전적 효과 생성을 위한 더 나은 메커니즘을 제공합니다.

양자 광학의 비전통적 현상은 미래 통합 광학 기술의 자원 요소로 사용될 수 있습니다1. 이를 중심으로 다양한 구현 설계에서 결합 발진기를 사용하여 비고전적 효과를 달성하는 방법에 대한 중요한 연구가 보고되었습니다2,3,4,5,6. 그 중에서도 광범위한 비고전적 상태를 생성할 수 있는 잠재력을 가진 가장 활동적인 시스템 중 하나는 유도파 구조7,8,9,10의 통합입니다. 광 도파관 구조는 광자 회로 응용과 호환되기 때문에 이 접근법은 여전히 ​​유리합니다. 비선형 도파관 배열과 같은 모놀리식 광자 장치는 계단식 양자 보행, 연속 가변 양자 정보 처리, 계산 및 양자 상태 엔지니어링을 통해 비고전적인 이중 광자 상태를 생성할 수 있습니다. 이 구성의 장점은 광 펄스의 중첩으로 인한 왜곡 가능성을 제거하고 장거리에 걸쳐 보다 안정적인 전파, 더 높은 전송 속도 및 동등한 다중 모드 모델에 비해 감쇠가 적습니다. 양자 빛의 소스로서 결합 모드 상호 작용에서 더 많은 다양성을 제공합니다. 채널 도파관을 추가하면 서로 다른 채널의 모드 간 상관 관계에 대한 새로운 가능성이 통합되므로 비고전적 효과 생성을 위한 더 나은 메커니즘이 확립될 수 있습니다.

도파 구조는 양자 효과 생성과 관련된 비선형 현상의 개발에서 상당한 주목을 받았습니다. 우리는 2차 χ(2)22,23 또는 3차 χ(3)24,25 비선형 효과가 있는 비선형 도파관을 활용하는 다중 채널 상호 작용을 통해 향상된 비고전 상태를 생성할 가능성에 대해 이전에 보고했습니다. 이에 대한 기본 개념은 각 시스템이 독립적으로 처리되는 χ(2) 또는 χ(3) 도파관의 수를 늘려 상호 작용 모드의 수를 늘리는 것이었습니다. 이 연구는 고품질 데이터 전송이 가능한 고밀도 광 네트워크의 기초로서 양자 통신 측면에서 여전히 가치가 있습니다. 따라서 χ(2)–χ(3) 유형 상호 작용에 대한 비고전적 효과를 확장할 수 있는 가능성을 살펴봐야 합니다. 흥미롭게도 다양한 유용한 물리적 역학이 χ(2) 및 χ(3) 비선형성을 모두 갖는 시스템에서 나타날 것입니다. 예를 들어 진행파 및 공동 내 2차 고조파 생성(SHG)30, 원자 일관성 앙상블31, 비대칭 이중 양자 Wells32 및 Quantum Dot33. 일반적으로 압착 및 얽힘과 같은 비고전적 상태를 향상하면 양자 통신 및 정보 처리에 도움이 될 수 있습니다.