用于三次相位态和放大薛定谔猫态的可编程光参量放大器合成器

我们引入了一种可编程光参量放大器(OPA)合成器，在预报光子数分辨框架下，可以生成高保真度的三次相位态并放大薛定谔猫态。通过系统地探索催化构型（其中闲频光输入和输出包含相同数量的光子，$m=n$）和非催化构型（$m\neq n$），我们发现了两种性质上不同的功能。首先，使用相干态信号输入，我们的协议在广泛的$(m,n)$构型范围内生成保真度超过0.99的三次相位态。其次，使用薛定谔猫态作为信号输入，相同的框架放大猫态：输入振幅$\alpha_{\mathrm{in}}\le 1$的猫态被转换为输出振幅$\alpha_{\mathrm{out}}\ge 2$的压缩猫态，同时保持保真度高于0.99。催化构型保持输入奇偶性并恢复闲频光态，而非催化构型则能够以更高的成功率实现奇偶翻转放大。此外，放大的输出可以作为后续放大轮的种子，为逐步生成更大的猫态提供自播种途径。我们的协议仅需要中等增益的OPA操作和低阶光子数分辨探测，为三次相位态制备和放大压缩猫态生成提供了一个灵活且实验上可访问的平台。