Квантовая оптика
Квантовая часть комплекса позволяет генерировать перепутанные поляризационные состояния пар фотонов бифотонов) и с их помощью демонстрировать нарушение неравенств Белла, реализовывать различные протоколы квантовой томографии и криптографии, наблюдать интерференцию Хонга-Оу-Манделя, исследовать статистику фотонов различных квантовых состояний света и на основе этих исследований создавать квантовые генераторы случайных чисел.
Квантовая часть комплекса состоит из 5 модулей, соединенных друг с другом одномодовым поляризационно сохраняющим оптоволокном. Соединяя модули в разной конфигурации можно быстро перестраивать комплекс для выполнения разных задач.
При необходимости увеличения количества посадочных мест излучение модуля лазера накачки и источника когерентных и тепловых состояний может разделяться волоконными светоделителями по нескольким установкам
Задачи
- Спонтанное параметрическое рассеяние
- Неравенства Белла
- Томография квантовых состояний
- Квантовое распределение ключа
- Квантовый генератор случайных чисел
- Статистика фотонов
- Провал Манделя
- Гомодинное детектирование
Модуль лазера накачки представляет собой стабилизированный узкополосный лазер на длине волны 405 нм, заведенный в одномодовое оптоволокно. Модуль используется во всех задачах, связанных с генерацией бифотонов.
Модуль балансного детектирования используется для гомодинного детектирования состояний света. Его входы 810 input соединяются с выходами 810 output модуля генерации и измерения бифотонов и подключаются к балансному фотодетектору, измеряющему и усиливающему разностный фототок. Сигнал с детектора поступает на АЦП, соединенный с ПК.
Источник когерентных и тепловых состояний представляет собой лазер на длине волны 810 нм, половина излучения которого пропускается через вращающийся матовый диск (RGGD), создающий тепловую статистику интенсивности, после чего обе половины сбиваются на поляризационном светоделителе и заводятся в оптоволокно. Таким образом когерентное и тепловое состояние распространяются в ортогональных поляризационных модах. Установка коллиматора на пьезотранслятор (PZT) позволяет менять фазу между тепловым и когерентным состоянием, что используется в задаче гомодинного детектирования.
Модуль используется в задачах связанных с измерением статистики фотонов и распределением квадратур различных состояний света. Также может быть использован при реализации протоколов квантового распределения ключа и квантового генератора случайных чисел. Использование классических тепловых и когерентных состояний позволяет подчеркнуть специфику неклассических фоковских состояний света.
Модуль генерации и измерения бифотонов используется во всех задачах практикума. Его волоконный вход подключается к лазеру накачки. Излучение накачки фокусируется на паре нелинейных кристаллов (2хNLC), в которых происходит генерация пар фотонов.Фотоны пары разделяются светоделителем (BS) на два канала, в каждом из которых установлены фазовые пластины (HWP, QWP), поляризационные светоделители (PBS) и каплеры, заводящие излучение в волокна. Для наблюдения эффекта интерференции Хонга-Оу-Манделя, один из каплеров может быть установлен на трансляционную подвижку. Изменяя углы поворота фазовых пластин можно генерировать произвольное поляризационное состояние пары фотонов и осуществлять произвольное измерение. Также к модулю можно подключить источник когерентных и тепловых состояний.
Модуль измерения статистики фотонов используется большинстве задач практикума. Он состоит из 2-4 однофотонных детекторов (APD), оптические входы которых соединяются с выходами модуля генерации и измерения бифотонов. Импульсы с детекторов поступают на коррелятор, анализирующий их статистику, соединенный с ПК. Для наблюдения интерференции Хонга-Оу-Манделя дополнительно используется волоконный светоделитель BS.
