Generation and characterization of Gaussian and non-Gaussian states of light

Niels Tripier-Mondancin

Published Feb 11, 2025• 0 citations

Abstract

Génération and charactérisation d'états Gaussien et non-Gaussien de la lumière La lumière offre un potentiel immense pour le développement des technologies quantiques modernes grâce à sa résilience intrinsèque aux effets de décohérence. Une approche prometteuse pour utiliser la lumière dans le traitement de l'information quantique repose sur le régime des variables continues, où les observables d'intérêt sont les quadratures du champ électrique. Ces quadratures se sont révélées être une plateforme efficace pour générer des états intriqués de grande envergure (impliquant jusqu'à un million de modes optiques). De plus, cet intriquement peut être créé de manière déterministe et manipulé facilement avec des techniques optiques standard. Cependant, pour atteindre un avantage quantique - c'est-à-dire effectuer des tâches impossibles à simuler efficacement avec un dispositif classique - il faut aller au-delà de l'intrication. L'ingrédient clé réside dans l'introduction de statistiques non gaussiennes dans les mesures des quadratures, en particulier en créant des états quantiques avec une fonction de Wigner négative. Nous avons récemment développé un dispositif de soustraction de photons modulable en mode, conçu pour générer de tels états. Cela nous offre désormais la possibilité de produire de grands états intriqués et de leur conférer des caractéristiques non gaussiennes, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives de recherche. De nombreuses questions restent ouvertes concernant les interactions entre intrication et effets non gaussiens, offrant un champ d'exploration vaste et passionnant. L'un des principaux défis consiste à démontrer que les états générés possèdent les spécificités nécessaires pour être applicables aux tâches d'information quantique. En effet, par nature, il est impossible de réaliser une tomographie complète de ces états multimodes non gaussiens, ce qui impose la mise en œuvre de procédures de certification. L'expérience consiste à manipuler les modes spectraux d'un peigne de fréquences pour concevoir des états gaussiens intriqués, puis à utiliser la soustraction de photons via une somme de fréquences dépendante des modes pour induire des caractéristiques non gaussiennes dans ces états. Les systèmes de détection utilisés pour la certification s'appuient sur un schéma de double détection homodyne, et la méthode de certification est appelée protocole d'estimation des valeurs moyennes en double homodyne. De plus, nous avons récemment développé une méthode permettant d'appliquer l'estimation multiparamétrique à nos états gaussiens, ce qui permet d'estimer efficacement les paramètres des états comprimés. Cette méthode exploite toutes les informations disponibles dans nos mesures pour estimer les paramètres avec une meilleure précision que les techniques courantes. Elle peut être utilisée avec une détection homodyne simple ou une détection homodyne double, chaque schéma de détection offrant des avantages selon la pureté de l'état en entrée.

DOI: 10.70675/3971cd62z3efez43ffz9382zca0f72886fbc

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