利用连续域中非线性束缚态在光学中制备大数Fock态与强压缩态
量子物理
2023-03-29 v2
摘要
电磁场的量子化直接导致了称为Fock态的量子力学态的存在，其具有精确的整数光子数。尽管这些基本态早已被理解，且尽管它们有许多潜在应用，生成它们在很大程度上仍是一个开放问题。例如，在光学频率下，确定性地生成二阶及更高阶的Fock态具有挑战性。在此，我们预测非线性光学中存在一种新效应，其能够在任意频率确定性地生成大数Fock态。我们将该效应称为n光子连续域束缚态，即当一个精确光子数n位于共振腔内时，光子共振（如腔模）变为无损耗。基于解析理论与数值模拟，我们表明这些束缚态促成了一种显著现象：当相干光态注入支持该束缚态的系统时，可自发演化为具有可控光子数的Fock态。该效应也直接适用于制备（高度）压缩光态，其光子数涨落（远）低于经典物理（即散粒噪声）的预期值。我们提出了若干系统实例以在非线性纳米光子系统中实验实现此处预测的效应，展示了生成大n（n > 10）光学Fock态以及具有非常大压缩、噪声比散粒噪声相关经典值低逾90%（10 dB）的更宏观光子态的示例。
引用
@article{arxiv.2211.01514,
title = {Creating large Fock states and massively squeezed states in optics using systems with nonlinear bound states in the continuum},
author = {Nicholas Rivera and Jamison Sloan and Yannick Salamin and John D. Joannopoulos and Marin Soljacic},
journal= {arXiv preprint arXiv:2211.01514},
year = {2023}
}