具有负 Wigner 函数的光学量子态的制备、存储及按需释放

迄今为止，以具有负值的 Wigner 函数为特征的高度非经典光量子态仅能以 heralded 方式产生。在这种情况下，期望的输出罕见且随机地从量子态发生器中出现。一个重要的例子是基于某些非线性光学相互作用的高纯度单光子态的 heralded 制备。相比之下，也有报道利用物质系统的量化能级结构实现了按需单光子源。然而，这些源产生的输出态纯度极低，主要由真空态组成。虽然此类不纯态可能仍表现出某些类单光子特征（如反聚束效应），但其非经典性不足以用于高级量子信息处理。另一方面，纯 heralded 态的内在随机性可以通过先存储再按需释放来规避。在此，我们提出了这种受控释放方案，并针对 heralded 单光子进行了实验演示。我们使用了两个光学腔，光子在一个腔内产生并存储，最终通过另一个腔的动态调谐释放。我们展示了长达 300 ns 的存储时间，同时在存储后保持约 50% 的单光子纯度。这是首次在按需光子源或量子存储器的输出端演示负 Wigner 函数。原则上，我们的存储系统与所有类型的非经典态兼容，包括那些已知对许多高级量子信息协议至关重要的态。