Magnicon产品在电信波长非经典光子统计的超宽带直接探测（Ultrabroadband direct detection of nonclassical photon statistics at telecom wavelength）的应用

介绍：

         产生和表征非经典光场，是光量子信息处理（QIP）不可或缺的先决条件[1-3]。非线性晶体中的自发参数下转换（SPDC）是非经典光场的既定来源，例如纠缠光子或压缩态[4,1345]。此外，SPDC可以很容易地产生极宽带的非经典态[6]。尽管在这种超宽带状态下的频率是强纠缠的[7,5678]，但在某些假设下，该状态可以分解为可分离的宽带模式[9-12]。分解的多模状态可能由数百种以上的宽带模式组成，这些模式可能对未来的高容量量子通信网络或大规模量子信息处理有用。8912

         为了充分利用超宽带多模非经典光的潜力，需要克服的第一个挑战是表征如此巨大的量子系统的非经典性质。尽管原则上可以通过差零层析成像[13,1314]完全重建N模光学状态，但这不仅在技术上具有挑战性，而且非常耗时，因为人们必须为高度多模状态准备N种不同的测量值，其中包括不同的适当本振（LOs），尤其是当N很大时，例如N>100。到目前为止，在合理假设下的多模分析在理论上表明，来自SPDC的超宽带非经典光可能由多模压缩态[15,141516]组成。然而，对如此巨大的多模压缩态的定量评估尚未进行实验研究16迄今为止，即使使用任何假设。

         在本文中，我们通过一种非常简单的方法，超宽带photon-numberresolving探测（PNRD），证明了在电信波长（以1.5µm为中心，估计带宽为150nm）上来自SPDC的超宽带光态的量子表征。我们通过以下两个观察来表征非经典性质：首先，我们直接观察到整个多模态的非经典光子统计，违反了Klyshko准则[17,1718]。其次，通过使用[16]中的方法，我们证明了我们的源在宽带模式基础上包含几十个独立的压缩真空，并确定了每个模式中的压缩程度。这些是通过简单地检测整个脉冲的光子数来观察到的。1816

         我们的研究受到几项相关工作的推动。用可见光光子计数器（VLPC）[18,1819]直接观察SPDC源的非经典光子统计量，但仅限于可见光波长。在[20,192021]成功观察到SPDC源中非经典光子统计量与频率或空间多模结构之间的关系，这可能有助于表征SPDC[16,211622]的多模压缩态。在[20-22]中，使用多个雪崩光电二极管（APD）作为PNRD。然而，基于APD的PNRD不适合我们的目的，因为它的检测效率（DE）和可数光子的数量受到严重限制。222022

         这里我们使用超导过渡边缘传感器（TES）作为超宽带PNRD。TES有编号2高光子数的BER分辨率，DE接近100%，灵敏度在极宽的光谱范围内，包括所有重要的光学波长[23-26]。因此，它克服了检测超宽带量子态的所有技术障碍。具体来说，通过适当的光学涂层[24]，我们的TES涵盖了电信波长的S-、C-和L波段。232624

         与层析方法不同，我们的方法不允许重建量子态的全部信息。然而，它极大地减少了测量次数（仅测量光子数），并且仍然捕获状态的非平凡量子特性。我们预计我们的结果和技术开辟了一种新的方法来充分利用频域中的非经典资源[27-29]。2729