Rauscharme quantitative µm -Frequenzkonvertierung mit Resonatorverstärkung des konvertierten Modus

Shoichi Murakami, Toshiki Kobayashi, Shigehito Miki, Hirotaka Terai, Tsuyoshi Kodama, Tsuneaki Sawaya, Akihiko Ohtomo, Hideki Shimoi, Takashi Yamamoto und Rikizo Ikuta

Abstrakt

Die Quanten µm -Frequenzkonversion (QFC), die die Frequenzen von Photonen unter Erhalt des Quanten- µm -Zustands umwandelt, ist eine Schlüsseltechnologie für die Realisierung des Quanten µm -Internets und der Quanten µm -Verbindungen. Bei der QFC im Bereich von sichtbarem Licht bis hin zu Telekommunikationswellenlängen um 1,5 µm ist bekannt, dass die durch das für den Prozess verwendete starke p- µm -Licht erzeugten Rauschphotonen die frequenzkonvertierten Photonen verfälschen. Dies beeinträchtigt die Qualität der Quanten µm -Eigenschaften des Ausgangsphotons. Herkömmliche Experimente verwenden externe Schmalband-Frequenzfilter, um die Rauschphotonen zu eliminieren. In dieser Studie präsentieren wir ein kompaktes QFC-Bauelement, das die Resonatorstruktur nur für den konvertierten Modus integriert. Obwohl die Resonatorstruktur sowohl die gewünschte Effizienz als auch die Rauschphotonenerzeugung erhöht, zeigen wir, dass die resonatoroptimierte QFC mit einem nachgeschalteten Breitbandfilter ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) erreicht, das mit herkömmlichen Systemen mit externen Schmalbandfiltern vergleichbar ist. Wir demonstrieren experimentell die kavitätsverstärkte QFC für ein einzelnes Photon, indem wir es von 780 nm auf 1540 nm umwandeln, und beobachten erfolgreich die nichtklassische Photonenstatistik nach der Umwandlung.