对扩展Hong-Ou-Mandel效应的考察及实验探测考量

在最近的工作中，我们探讨了著名的双光子Hong-Ou-Mandel（HOM）效应的多光子扩展，在该效应中，输入到无损、平衡的50:50分束器（BS）的双光子输入的量子振幅经历了完全的相消干涉。在扩展的Hong-Ou-Mandel（eHOM）效应中，对于Fock数基输入态（FS）$|n,m\rangle_{12}$，光子从BS的两个输入端口散射到两个输出端口的多光子散射，在包含许多散射分量的量子振幅中表现出成对的完全相消干涉，从而推广了双光子HOM效应。这对由这些基态构造的任意二分光子输入态具有深远意义：如果BS一个输入端口的输入态具有奇宇称，即仅由奇数个光子构成，那么无论第二个50:50 BS端口的输入态如何，在符合探测下，联合输出概率分布沿主对角线都会出现一条零值的中心节线（CNL）。本工作的首要目标是图解说明，当将多光子HOM效应视为镜像散射振幅的成对抵消时，扩展HOM效应如何被视为一系列多光子HOM效应。本工作的第二个目标是探讨扩展Hong-Ou-Mandel效应实验实现的考量。我们研究了单光子与相干态（理想化激光）在平衡的50:50分束器上干涉的情况，并通过考虑额外效应（如不完美的探测效率、时空模式函数以及探测到的输出光子之间的时间延迟），探讨了实验探测输出相消干涉的前景。