Pureza de estados gaussianos y no-gaussianos obtenidos a partir de conversión paramétrica espontánea descendente

Abstract

Los pares de fotones entrelazados obtenidos con el fenómeno de la Conversión Paramétrica Espontánea Descendente (SPDC, Spontaneous Parametric Down Conversion) se encuentran en un estado compuesto denominado bifotón, de especial interés en aplicaciones de información y comunicación cuántica. Los bifotones pueden utilizarse como fuente de entrelazamiento o como fuente de fotones individuales por medio de anunciamiento, caso en el cual es deseable minimizar las correlaciones entre los subsistemas del bifotón. En este trabajo se utiliza la pureza como testigo de las correlaciones entre subsistemas de grados de libertad espaciales y espectrales del bifotón, usando una configuración de SPDC colineal tipo II con un haz de bombeo

asociado a los primeros modos de Hermite-Gauss.

Se calculó la pureza asociada al espacio y la frecuencia de ambos fotones y también a características individuales de cada uno, para diferentes conjuntos de parámetros experimentales. Se halló que existe una cota superior de las purezas al utilizar un estado gaussiano (en este documento, esto quiere decir con un haz de bombeo en el modo HGnm con n, m = 0) respecto a los no-gaussianos (n o m 6= 0). Se encuentra una respuesta asimétrica al filtrado espacial y espectral sobre cada fotón y a los índices n, m de los modos de Hermite-Gauss del fotón de bombeo. Se encontró que para maximizar la pureza utilizando un haz Hermite-Gauss el haz de bombeo debe tener una cintura delgada y un índice n = 0, mientras que el filtrado espacial sobre los fotones entrelazados debe ser asimétrico. Esto es particularmente claro cuando los índices n o m 6= 0. Finalmente, se estudiaron las consecuencias de utilizar un filtro Hermite-Gauss sobre uno de los fotones, resultados que pueden utilizarse para desarrollar fuentes de

fotones anunciados con modos ópticos espaciales no-gaussianos. (Texto tomado de la fuente)

The entangled photon pairs obtained by Spontaneous Parametric Down Conversion (SPDC) are in a joint state named biphoton, used in diverse quantum information and communication applications. Biphotons can be used as an entanglement source and as a single-photon source using heralding, in which case it would be desirable to minimize the correlations between photon subsystems. In this work we use purity as a witness of spatial and spectral correlations in an collinear SPDC type II configuration, with a

low-order Hermite-Gauss pump beam.

Purity associated to space and frequency of both photons, and also to individual characteristics was calculated for different sets of experimental parameters. An upper bound was found using gaussian states (in this work, this means using a pump beam HGnm with n, m = 0) compared to non-gaussian states (n o m 6= 0). We found an asymmetric response to spatial and spectral filtering over each photon and also to the indices n, m of the pump beam. We also found that to maximize purity using an Hermite-Gauss pump beam, the beam has to have narrow waist and an index n = 0, and the spatial filtering applied over the entangled photons has to be asymmetric. This is particularly clear when n o m 6= 0. Finally, we investigated the consequences of using an Hermite-Gauss spatial filter over one of the twin photons, study which can be used to set

up a single-photon source with non-gaussian optical modes.