利用介质超表面实现光子不可区分性的单次表征
光学
2024-05-24 v2 量子物理
摘要
表征光子的不可区分性是量子光子学中的一项关键任务，它支撑着光子源的调谐和稳定，从而提高量子操作的精度。测量不可区分程度的传统协议需要在几个不同的时间或相位延迟下进行光子符合测量，这是实现快速测量和实时监测不可区分性的根本瓶颈。在这里，我们开发了一种静态介质超表面光栅，无需任何可重构元件，在自由空间配置中实现定制的多端口变换，无需相位锁定，并能够在时间、频谱、空间模式和偏振等多个自由度上对两个光子之间的不可区分性进行单次表征。采用拓扑优化来设计具有偏振无关性、高透射率和对测量噪声高容忍度的硅超表面。我们制造了该超表面，并通过实验量化了光子在时域中的不可区分性，保真度超过98.4%。我们预计，基于超薄超表面开发的框架可以进一步扩展到多光子态以及与空间模态相关的额外自由度。
引用
@article{arxiv.2401.01485,
title = {Single-shot characterization of photon indistinguishability with dielectric metasurfaces},
author = {Jihua Zhang and Jinyong Ma and Neuton Li and Shaun Lung and Andrey A. Sukhorukov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2401.01485},
year = {2024}
}