fotones individuales y enredados: cómo generarlos ... · un átomo se excita y decae emitiendo dos...

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

Fuentes de luz

• bombillo

• Sol

• Láser• LED

• OLED

• iluminar, ver• codificar, comunicar• cortar, soldar• marcar, etiquetar• coger, sujetar, atrapar• mover, deformar• calentar, enfriar• diagnosticar, curar• …

luz: herramienta “para todo”

Fuentes de luz

• Fotones individuales

• Pares defotones 22 n

11 n

Laboratorio deóptica cuánticaUniandes-Bogotá

David GuzmánAlejandra ValenciaLuis QuirogaFerney Rodríguez

Contenido




• Usos




SPDC

Fuentes de luz

Pares de fotones enredados

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).

“Spooky action at a distance”

Fotones enredados: Einstein vs Bohr

¿ existe el enredamiento en la naturaleza?

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




• Usos




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

Pump)2(

Generación de pares de fotones enredados

Pares de fotones

Pump)2(

Pares de fotones enredados

Pump)2(

2VHHV

Type II‐ Nocolinear

Pares de fotones

Pump)2(

Type I‐ Nocolinear

HH2

1

VVHH 2

1

Type I y type II‐ Colinear

emparejado

Type-II Type-I

212

1 HH2VHHV

Signal

Idler

Pump

Type I y type II‐ Colinear

emparejado

Type-II

Type-I

Contenido




• Usos




SPDC

Fuentes de luz

Fotones individuales anunciados

Fotones individuales

11 n

11 n

11 n

11 n


- Atenuación de pulsos de luz

- Átomos en cavidades

- Iones en cavidades

- Puntos cuánticos

- Nano cristales de diamante

- Moléculas

- SPDC

Contenido




• Usos




SPDC

Fuentes de luz

Pump

)2(



11 n No conteos simultaneos

Contenido




• Usos




SPDC

Fuentes de luz

Color

Polarización

Coherencia

Caracterización de fuentes de luz

Forma espacial

Medidas de la función de correlación temporal

de segundo orden

Polarización

Medidas proyectivas de polarización:

Medida de desigualdad de Bell en Uniandes

PBS1 PBS2

HWP1 HWP2

CristalBBOType-II

Láser405nm

DH1

DV1

DH2

DV2

Violación experimental

Science 301 (2003) 621-623

Distribución de enredamiento

Optics Express, Vol. 13, Issue 1, pp. 202-209 (2005)

free-space distribution of entangled photons


Nature Physics 3, 481 - 486 (2007)


Space Quest

Distribución de enredamiento

frecuencia

Correlaciones en frecuencia para pares SPDC

CWPump

M2

D1

D2

M1

C.C

Correlaciones en frecuencia

M. Hendrych, X. Shi, A. Valencia, J. P. Torres Phys. Rev. A 79, 023817 (2009)

Temporal

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

correlación temporal de segundo orden para fuente de luz coherente: Láser

Láser

correlación temporal de segundo orden para fuente de luz pseudotermica

t1

t2

correlación temporal de segundo orden para pares de fotones enredados

correlación temporal de segundo orden para fotones individuales anunciados

tB

tA

tB’


11 n No conteos simultaneos

correlación temporal de segundo orden para fotones individuales anunciados

tB

tA

tB’

Contenido




• Usos




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


• Qbits

Single PhotonSource

Polarización Camino


• Interferencia de dos fotones:operación básica para computación cuántica

Delay

Interferencia de dos fotones:

Miguel A. VargasDavid PardoDavid Guzmán

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

• Quarter wave plate Wave Plates

603/6/2013

Theoretical background

λ

λ λ

• Half wave plateWave Plates

613/6/2013

Theoretical background

λ

fotones individuales y enredados: cómo generarlos ... · un átomo se excita y decae emitiendo dos...

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