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Jul 02, 2023

Caratteristiche quantistiche dell'accoppiatore non lineare con nonlinearità competitiva

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 8245 (2022) Citare questo articolo In questo lavoro, esaminiamo le caratteristiche quantistiche di un accoppiatore non lineare a guida d'onda multipla che sfrutta il secondo e terzo ordine

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 8245 (2022) Citare questo articolo

In questo lavoro, esaminiamo le caratteristiche quantistiche di un accoppiatore non lineare a guida d'onda multipla sfruttando le non linearità del secondo e terzo ordine. Il sistema considerato contiene quattro canali identici, ciascuno con un unico modo trasversale fondamentale. L'essenza di questo tipo di accoppiatore non lineare è esaminare l'effetto di due o più non linearità concorrenti sulle caratteristiche non classiche generate in questa classe di dispositivi. Qui, consideriamo il caso della generazione della seconda armonica, in cui i campi dell'armonica fondamentale (FH) vengono convertiti in coppia in campi della seconda armonica (SH) a doppia frequenza, che vengono poi accoppiati in modo evanescente con i campi di altre guide d'onda non lineari Kerr. Utilizzando la rappresentazione P positiva dello spazio delle fasi, l'evoluzione temporale della matrice di densità potrebbe essere mappata sulla corrispondente equazione di Fokker-Planck di una distribuzione quasiprobabile classica. Utilizzando l'equazione stocastica di Langevin, una rappresentazione esatta del sistema nello spazio delle fasi ha portato alla dimostrazione delle proprietà sub-Poissoniane, della compressione e dell'entanglement. Con una spremitura più efficace ottenuta in tutte le guide d'onda dei canali, il presente sistema con interazione χ(2)–χ(3) può essere un'alternativa più efficiente ad altre versioni di accoppiatori non lineari come il dimero ottico quantistico (QOD) e l'accoppiatore non lineare Kerr ( KNC). Inoltre, tale struttura offre maggiore flessibilità nelle interazioni di modalità accoppiate sotto forma di correlazione tra le modalità in diverse guide d'onda. Ciò fornisce un meccanismo migliore per la generazione di effetti non classici migliorati.

I fenomeni non classici dell'ottica quantistica potrebbero essere utilizzati come elementi di risorsa nelle future tecnologie di ottica integrata1. Facendo perno su questo, sono state riportate ricerche significative sul raggiungimento di effetti non classici utilizzando oscillatori accoppiati in vari progetti di implementazione2,3,4,5,6. Tra gli altri, uno dei sistemi più attivi con il potenziale per generare un'ampia gamma di stati non classici è l'integrazione di strutture d'onda guidate7,8,9,10. Questo approccio rimane vantaggioso poiché le strutture delle guide d'onda ottiche sono compatibili con le applicazioni dei circuiti fotonici11. I dispositivi fotonici monolitici, come la serie di guide d'onda non lineari12, possono generare stati bifotonici non classici attraverso passeggiate quantistiche in cascata13, elaborazione di informazioni quantistiche a variazione continua14,15, calcolo16 e ingegneria degli stati quantistici17. I vantaggi di questa configurazione includono la facilità con cui un potenziale sistema multicanale può essere sviluppato18,19,20 eliminando la possibilità di distorsione dovuta alla sovrapposizione degli impulsi luminosi e inoltre, fornendo una propagazione più stabile su lunghe distanze, una maggiore velocità di trasmissione e minore attenuazione rispetto ai modelli multimodali equivalenti21. Come fonte di luce quantistica, offre maggiore versatilità nelle interazioni in modalità accoppiata. Nuove possibilità di correlazione tra le modalità nei diversi canali sono incorporate come risultato dell'aggiunta delle guide d'onda dei canali e, quindi, potrebbe essere stabilito un meccanismo migliore per la generazione di effetti non classici22,23,24,25.

La struttura di guida d'onda ha guadagnato notevole attenzione nello sviluppo di fenomeni non lineari legati alla generazione di effetti quantistici26,27,28. Abbiamo riportato in precedenza la possibilità di generare stati non classici potenziati tramite interazioni multicanale sfruttando guide d'onda non lineari con effetti non lineari di secondo χ(2)22,23 o di terzo ordine χ(3)24,25. Il concetto di base alla base di ciò era quello di aumentare il numero di modalità di interazione aumentando il numero di guide d'onda χ(2) o χ(3), in cui ciascun sistema veniva trattato in modo indipendente. Il lavoro rimane prezioso in termini di comunicazione quantistica come base per reti ottiche dense con trasferimento dati di alta qualità. Pertanto, deve essere considerata la possibilità di espandere gli effetti non classici per le interazioni di tipo χ(2)–χ(3). È interessante notare che da un sistema con nonlinearità sia χ(2) che χ(3) emergerebbero varietà di dinamiche fisiche utili29. Gli effetti non classici potenziati e le correlazioni che coinvolgono le interazioni sia con le non linearità χ(2) che con quelle di ordine superiore sono stati osservati in precedenza, ad esempio nel caso delle onde viaggianti e della generazione della seconda armonica intracavità (SHG)30, dell'insieme di coerenza atomica31, del doppio quanto asimmetrico pozzi32 e punto quantico33. Il miglioramento degli stati non classici come la compressione e l’entanglement, in generale, potrebbe aiutare con la comunicazione quantistica e l’elaborazione delle informazioni.