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Jul 02, 2023

Características quânticas do acoplador não linear com não linearidade concorrente

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 8245 (2022) Cite este artigo Neste trabalho, examinamos as características quânticas de um acoplador não linear de guia de onda múltiplo explorando a segunda e terceira ordem

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 8245 (2022) Citar este artigo

Neste trabalho, examinamos as características quânticas de um acoplador não linear multi-guia de ondas explorando as não linearidades de segunda e terceira ordem. O sistema considerado contém quatro canais idênticos, cada um com um único modo transversal fundamental. A essência deste tipo de acoplador não linear é examinar o efeito de duas ou mais não linearidades concorrentes nas características não clássicas geradas nesta classe de dispositivos. Aqui, consideramos o caso da geração de segundo harmônico, em que os campos harmônicos fundamentais (FH) são convertidos em pares para campos de segundo harmônico (SH) de frequência dupla, que são então acoplados de forma evanescente com os campos de outros guias de onda não lineares Kerr. Usando a representação P positiva do espaço de fase, a evolução temporal da matriz de densidade poderia ser mapeada para a equação de Fokker-Planck correspondente de uma distribuição de quase probabilidade clássica. Usando a equação estocástica de Langevin, uma representação exata do sistema no espaço de fase levou à demonstração da propriedade sub-Poissoniana, compressão e emaranhamento. Com uma compressão mais eficaz alcançada em todos os guias de onda de canal, o presente sistema com interação χ(2) –χ(3) pode ser uma alternativa mais eficiente para outras versões de acopladores não lineares, como o dímero óptico quântico (QOD) e o acoplador não linear Kerr ( KNC). Além disso, tal estrutura oferece mais flexibilidade nas interações de modo acoplado na forma de correlação entre os modos em diferentes guias de onda. Isto fornece um mecanismo melhor para a geração de efeitos não clássicos aprimorados.

Fenômenos não clássicos na óptica quântica poderiam ser usados ​​como elementos de recursos em futuras tecnologias de óptica integrada1. Direcionado para isso, pesquisas significativas foram relatadas sobre a obtenção de efeitos não clássicos usando osciladores acoplados em vários projetos de implementação2,3,4,5,6. Entre outros, um dos sistemas mais ativos e com potencial para gerar uma ampla gama de estados não clássicos é a integração de estruturas de ondas guiadas7,8,9,10. Esta abordagem continua vantajosa, uma vez que as estruturas de guias de ondas ópticas são compatíveis com aplicações de circuitos fotônicos . Dispositivos fotônicos monolíticos, como o conjunto de guias de onda não lineares12, podem gerar estados bifótons não clássicos por meio de caminhadas quânticas em cascata13, processamento de informações quânticas de variável contínua14,15, computação16 e engenharia de estado quântico17. As vantagens desta configuração incluem a facilidade com que um potencial sistema multicanal pode ser desenvolvido18,19,20 eliminando a possibilidade de distorção devido à sobreposição de pulsos de luz, e também, proporcionando propagação mais estável em longas distâncias, maior velocidade de transmissão e menos atenuação em comparação com seus modelos multimodo equivalentes21. Como fonte de luz quântica, oferece mais versatilidade em interações de modo acoplado. Novas possibilidades de correlação entre os modos em diferentes canais são incorporadas como resultado da adição de guias de ondas de canal e, assim, um melhor mecanismo para a geração de efeitos não clássicos poderia ser estabelecido22,23,24,25.

A estrutura dos guias de ondas tem ganhado atenção considerável no desenvolvimento de fenômenos não lineares relacionados à geração de efeitos quânticos . Relatamos anteriormente as possibilidades de gerar estados não clássicos aprimorados por meio de interações multicanais explorando guias de ondas não lineares com efeitos não lineares de segunda ordem χ (2) 22,23 ou χ (3) 24,25 de terceira ordem. O conceito básico por trás disso era aumentar o número de modos de interação, aumentando o número de guias de ondas χ(2) ou χ(3), em que cada sistema era tratado de forma independente. O trabalho continua valioso em termos de comunicação quântica como base para redes ópticas densas com transferência de dados de alta qualidade. Portanto, o potencial de expansão dos efeitos não clássicos para interações do tipo χ(2) –χ(3) deve ser observado. Curiosamente, variedades de dinâmicas físicas úteis surgiriam de um sistema com não-linearidades χ(2) e χ(3)29. Os efeitos não clássicos aprimorados e correlações envolvendo interações com χ (2) e não linearidades de ordem superior foram observados anteriormente, por exemplo, no caso de onda viajante e geração de segundo harmônico intracavitário (SHG) 30, conjunto de coerência atômica 31, quantum duplo assimétrico poços32 e ponto quântico33. Melhorar estados não clássicos, como compressão e emaranhamento, em geral, poderia ajudar na comunicação quântica e no processamento de informações.