ПОЛДЕНЬ состояние - NOON state

А ПОЛДЕНЬ состояние квантово-механический многочастичный запутанное состояние:

который представляет собой суперпозицию N частицы в режиме а с нулевыми частицами в режиме б, наоборот. Обычно частицы фотоны, но в принципе любые бозонное поле может поддерживать состояния ПОЛДЕНЬ.

Приложения

ПОЛДЕННЫЕ состояния - важная концепция в квантовая метрология и квантовое зондирование за их способность проводить точные измерения фазы при использовании в оптических интерферометр. Например, рассмотрим наблюдаемую

Ожидаемое значение для системы в состоянии ПОЛДЕНЬ переключается между +1 и -1, когда фаза меняется с 0 на . Кроме того, ошибка измерения фазы становится равной

Это так называемый Предел Гейзенберга, и дает квадратичное улучшение по сравнению с стандартный квантовый предел. Состояния ПОЛДЕНЬ тесно связаны с Кот Шредингера государства и GHZ государства, и чрезвычайно хрупкие.

К экспериментальной реализации

Было выдвинуто несколько теоретических предложений по созданию фотонных состояний NOON. Кок, Ли и Даулинг предложил первый общий метод, основанный на пост-селекции с помощью фотодетектирования.[1] Обратной стороной этого метода было экспоненциальное масштабирование вероятности успеха протокола. Прайд и Уайт[2] впоследствии представил упрощенный метод с использованием симметричных по интенсивности многопортовых светоделителей, однофотонных входов и либо объявленных, либо условных измерений. Их метод, например, позволяет объявить производство N = 4 NOON без необходимости постселекции или обнаружения нулевых фотонов, и имеет такую ​​же вероятность успеха 3/64, как и более сложная схема Kok et al. Кейбл и Даулинг предложили метод, который имеет полиномиальное масштабирование вероятности успеха, поэтому его можно назвать эффективным.[3]

Двухфотонные состояния NOON, где N = 2, может быть детерминированно создан из двух идентичных фотонов и светоделителя 50:50. Это называется Эффект Хонга – Оу – Манделя в квантовая оптика. Трех- и четырехфотонные состояния NOON не могут быть созданы детерминированно из однофотонных состояний, но они были созданы вероятностно посредством пост-отбора с использованием спонтанное параметрическое преобразование с понижением частоты.[4][5] Другой подход, предполагающий интерференцию неклассического света, созданного спонтанное параметрическое преобразование с понижением частоты а классический лазерный луч на светоделителе 50:50 использовался И. Афеком, О. Амбаром и Ю. Зильбербергом для экспериментальной демонстрации образования состояний NOON вплоть до N = 5.[6][7]

Сверхвысокое разрешение ранее использовалось как индикатор продукции в состоянии ПОЛДЕНЬ, в 2005 г. Resch et al.[8] показал, что он может быть также хорошо подготовлен с помощью классической интерферометрии. Они показали, что только фазовая сверхчувствительность является однозначным индикатором состояния ПОЛДЕНЬ; кроме того, они ввели критерии для определения того, было ли это достигнуто на основе наблюдаемой видимости и эффективности. Фазовая сверхчувствительность состояний ПОЛДЕНЬ с N = 2 был продемонстрирован[9] и суперразрешение, но не сверхчувствительность, поскольку эффективность была слишком низкой, состояний ПОЛДЕНЬ до N = 4 фотона также продемонстрировано экспериментально.[10]

История и терминология

Состояния ПОЛДЕНЬ были впервые введены Барри С. Сандерс в контексте обучения квантовая декогеренция в Кот Шредингера состояния.[11] Они были независимо открыты заново в 2000 г. Джонатан П. Доулинг группа в JPL, который ввел их в основу концепции квантовая литография.[12] Термин «состояние ПОЛДЕНЬ» впервые появился в печати в виде сноски в статье, опубликованной Ли, Кок, и Даулинг на Квантовая метрология,[13] где он был написан N00N с нулями вместо Os.

Рекомендации

  1. ^ Кок, Питер; Ли, Хван; Доулинг, Джонатан П. (2002). «Создание перепутывания путей с большим числом фотонов, обусловленное фотодетекцией». Физический обзор A. 65 (5). arXiv:Quant-ph / 0112002. Дои:10.1103 / PhysRevA.65.052104. ISSN  1050-2947. S2CID  118995886.
  2. ^ Pryde, G.J .; Уайт, А. Г. (2003). «Создание максимально запутанных состояний с числом фотонов с использованием мультипортов оптического волокна». Физический обзор A. 68 (5): 052315. arXiv:Quant-ph / 0304135. Дои:10.1103 / PhysRevA.68.052315. ISSN  1050-2947. S2CID  53981408.
  3. ^ Кейбл, Хьюго; Доулинг, Джонатан П. (2007). «Эффективное создание запутывания пути большого числа с использованием только линейной оптики и прямой связи». Письма с физическими проверками. 99 (16): 163604. arXiv:0704.0678. Дои:10.1103 / PhysRevLett.99.163604. ISSN  0031-9007. PMID  17995252. S2CID  18816777.
  4. ^ Вальтер, Филипп; Пан, Цзянь-Вэй; Аспельмейер, Маркус; Урсин, Руперт; Гаспарони, Сара; Цайлингер, Антон (2004). "Длина волны де Бройля нелокального четырехфотонного состояния". Природа. 429 (6988): 158–161. arXiv:Quant-ph / 0312197. Дои:10.1038 / природа02552. ISSN  0028-0836. PMID  15141205. S2CID  4354232.
  5. ^ Mitchell, M.W .; Lundeen, J. S .; Стейнберг, А. М. (2004). «Сверхразрешающие фазовые измерения в многофотонном запутанном состоянии». Природа. 429 (6988): 161–164. arXiv:Quant-ph / 0312186. Дои:10.1038 / природа02493. ISSN  0028-0836. PMID  15141206. S2CID  4303598.
  6. ^ Афек, И .; Амбар, О .; Зильберберг Ю. (2010). «Состояния высокого полудня путем смешения квантового и классического света». Наука. 328 (5980): 879–881. Дои:10.1126 / science.1188172. ISSN  0036-8075. PMID  20466927. S2CID  206525962.
  7. ^ Израиль, Y .; Афек, И .; Rosen, S .; Амбар, О .; Зильберберг Ю. (2012). «Экспериментальная томография состояний NOON с большим числом фотонов». Физический обзор A. 85 (2): 022115. arXiv:1112.4371. Дои:10.1103 / PhysRevA.85.022115. ISSN  1050-2947.
  8. ^ Resch, K. J .; Прегнелл, К. Л .; Prevedel, R .; Gilchrist, A .; Pryde, G.J .; О’Брайен, Дж. Л .; Уайт, А. Г. (2007). «Измерение фазы с обращением времени и сверхвысоким разрешением». Письма с физическими проверками. 98 (22): 223601. arXiv:Quant-ph / 0511214. Дои:10.1103 / PhysRevLett.98.223601. ISSN  0031-9007. PMID  17677842. S2CID  6923254.
  9. ^ Слусаренко, Сергей; Уэстон, Морган М .; Chrzanowski, Helen M .; Shalm, Lynden K .; Verma, Varun B .; Нам, Сае Ву; Прайд, Джефф Дж. (2017). «Безусловное нарушение предела дробового шума в фотонной квантовой метрологии». Природа Фотоника. 11 (11): 700–703. Дои:10.1038 / s41566-017-0011-5. HDL:10072/369032. ISSN  1749-4885. S2CID  51684888.
  10. ^ Nagata, T .; Okamoto, R .; O'Brien, J. L .; Sasaki, K .; Такеучи, С. (2007). «Превышение стандартного квантового предела с помощью четырех запутанных фотонов». Наука. 316 (5825): 726–729. arXiv:0708.1385. Дои:10.1126 / science.1138007. ISSN  0036-8075. PMID  17478715. S2CID  14597941.
  11. ^ Сандерс, Барри С. (1989). «Квантовая динамика нелинейного ротатора и эффекты непрерывного измерения спина» (PDF). Физический обзор A. 40 (5): 2417–2427. Дои:10.1103 / PhysRevA.40.2417. ISSN  0556-2791. PMID  9902422.
  12. ^ Boto, Agedi N .; Кок, Питер; Abrams, Daniel S .; Браунштейн, Сэмюэл Л .; Уильямс, Колин П .; Доулинг, Джонатан П. (2000). «Квантовая интерферометрическая оптическая литография: использование запутанности для преодоления дифракционного предела». Письма с физическими проверками. 85 (13): 2733–2736. arXiv:Quant-ph / 9912052. Дои:10.1103 / PhysRevLett.85.2733. ISSN  0031-9007. PMID  10991220. S2CID  7373285.
  13. ^ Ли, Хван; Кок, Питер; Доулинг, Джонатан П. (2002). «Квантовый розеттский камень для интерферометрии». Журнал современной оптики. 49 (14–15): 2325–2338. arXiv:Quant-ph / 0202133. Дои:10.1080/0950034021000011536. ISSN  0950-0340. S2CID  38966183.