fotones individuales y enredados: cómo generarlos ... · un átomo se excita y decae emitiendo dos...
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Fotones individuales y enredados: cómo generarlos, caracterizarlos y
utilizarlos en el laboratorio
Alejandra ValenciaLaboratorio de óptica cuántica-Depto Física
Universidad de los Andes
Coloquio Universidad NacionalBogotá, Colombia
Marzo 6/ 2013
Contenido
• Pares de fotonesenredados
• Generación • Caracterización
En tiempo En frecuencia En polarización
• Usos
• Fotonesindividuales
Metrología cuántica
Información cuántica
SPDC
Fuentes de luz
• iluminar, ver• codificar, comunicar• cortar, soldar• marcar, etiquetar• coger, sujetar, atrapar• mover, deformar• calentar, enfriar• diagnosticar, curar• …
luz: herramienta “para todo”
Laboratorio deóptica cuánticaUniandes-Bogotá
David GuzmánAlejandra ValenciaLuis QuirogaFerney Rodríguez
Contenido
• Pares de fotonesenredados
• Generación • Caracterización
En tiempo En frecuencia En polarización
• Usos
• Fotonesindividuales
Metrología cuántica
Información cuántica
SPDC
Fuentes de luz
21
Los dos sub-sistemas (partículas individuales) no presentancorrelaciones.
21
Cuando el estado del sistema se describe por el producto directo de losestados individuales de cada sub-sistema.
Estado separable
El estado final del sistema no se puede escribir como el productodirecto de los estados de las partículas individuales.
21
21
InteractionRegion
Estado enredado
Cuando grandes distancias separan las partículas, de tal manera que ya noexiste interacción entre ellas, la correlación sigue existiendo sin importar ladistancia que las separe.
Los dos sub-sistemas (partículas individuales) están correlacionadas.
Estado EPREinstein, Poldosky, Rosen, Phys. Rev. 47, 777 (1935).
21212
1
EPR‐Bohm state
David Bohm. Quantum Theory. Dover, New York (1951).
Fuentes de estados enredados
• 1950… Positronium emissionDos fotones altamente energéticos se crean como resultado de la
aniquilación de un electrón y un positrón
• 1980… Spontaneous Parametric Down Conversion (SPDC)
• 1960… Atomic CascadeUn átomo se excita y decae emitiendo dos fotones.
551.3 nm
422.7 nm
1So
1So
4p2
4s2
1P14s 4p
Contenido
• Pares de fotonesenredados
• Generación • Caracterización
En tiempo En frecuencia En polarización
• Usos
• Fotonesindividuales
Metrología cuántica
Información cuántica
SPDC
Fuentes de luz
Pump
)2(pis kkk
pis ωωω
SPDC: Fuente conveniente de pares de fotones enredados
0,0)()()()(33iissispispis kakakkkkdkd
Enredamiento
SPDC: Fuente conveniente de pares de fotones enredados
Polarizacion de Signaligual a
la polarización del idler
•Type-I
Pump)2(
• Type-II
Polarizacion de SignalPerpendicular a
la polarización del idler
Contenido
• Pares de fotonesenredados
• Generación • Caracterización
En tiempo En frecuencia En polarización
• Usos
• Fotonesindividuales
Metrología cuántica
Información cuántica
SPDC
Fuentes de luz
Fotones individuales
- Atenuación de pulsos de luz
- Átomos en cavidades
- Iones en cavidades
- Puntos cuánticos
- Nano cristales de diamante
- Moléculas
- SPDC
Contenido
• Pares de fotonesenredados
• Generación • Caracterización
En tiempo En frecuencia En polarización
• Usos
• Fotonesindividuales
Metrología cuántica
Información cuántica
SPDC
Fuentes de luz
Contenido
• Pares de fotonesenredados
• Generación • Caracterización
En tiempo En frecuencia En polarización
• Usos
• Fotonesindividuales
Metrología cuántica
Información cuántica
SPDC
Fuentes de luz
Color
Polarización
Coherencia
Caracterización de fuentes de luz
Forma espacial
Medidas de la función de correlación temporal
de segundo orden
Medida de desigualdad de Bell en Uniandes
PBS1 PBS2
HWP1 HWP2
CristalBBOType-II
Láser405nm
DH1
DV1
DH2
DV2
Science 301 (2003) 621-623
Distribución de enredamiento
Optics Express, Vol. 13, Issue 1, pp. 202-209 (2005)
free-space distribution of entangled photons
free-space distribution of entangled photons
Nature Physics 3, 481 - 486 (2007)
free-space distribution of entangled photons
Space Quest
Distribución de enredamiento
Correlaciones en frecuencia
M. Hendrych, X. Shi, A. Valencia, J. P. Torres Phys. Rev. A 79, 023817 (2009)
t1
t2
correlación temporal de segundo orden
join
t co
unts
21 tt
Histograma
),(),(),(),(),;,( 11)(
22)(
22)(
11)(
2211)2( trEtrEtrEtrEtrtrG
Fuente de luz
Medidas de la función de correlación temporal
de segundo orden
Num
ber
of jo
int
coun
ts
Clicking time of detector 1 minus clicking time of detector 221 tt
Contenido
• Pares de fotonesenredados
• Generación • Caracterización
En tiempo En frecuencia En polarización
• Usos
• Fotonesindividuales
Metrología cuántica
Información cuántica
SPDC
Fuentes de luz
Aplicaciones en metrología
• Correlaciones muy delgadas de los pares de fotones de SPDC
Correlación temporal
Correlación en frecuencia
Aplicaciones en información cuántica
• Fotones como qubits
Polarización
Forma espacial
Forma espectral
Aplicaciones en información cuántica
• Interferencia de dos fotones:operación básica para computación cuántica
Delay
Resumen
Generación:
Caracterización:
Usos:
Pares de fotones enredados Fotones individuales anunciados
• SPDC • Realización experimental
en Uniandes
• SPDC • Realización experimental
en Uniandes
• Correlación temporal de segundo orden
• Correlaciones en frecuencia
• Correlación en polarización
Láser Pseudo-térmica Pares enredados Fotones individuales
Violación dedesigualdades de Bell
Mediciones en Uniandes para:
Mediciones en Uniandes para:
Mediciones en Uniandes: Interferometría de dos fotones Generación de qbits
• Información cuantica
Laboratorio deóptica cuánticaen Uniandes-Bogotá
http://opticacuantica.uniandes.edu.co
David Guzmán—Alejandra Valencia