ИСТИНА

В рамках проекта предполагается провести широкий спектр исследований, направленных на создание и оптимизацию волоконного источника квантовых состояний света на базе высоконелинейных фотонно-кристаллических световодов. Генерация коррелированных фотонных пар и одиночных фотонов являются ключевым элементом для решения фундаментальных и прикладных задач квантовой криптографии, квантовой метрологии и квантовой обработки информации. Сопряжение источников квантовых состояний света с оптическими волокнами обеспечивает ряд технологических преимуществ по сравнению со стандартными методами, основанными на спонтанном параметрическом рассеянии в нелинейно-оптических кристаллах.

We plan to carry out research aimed design and optimization of fiber source of quantum states of light, based on highly nonlinear photonic-crystal fibers. Correlated photon pairs and single photons generation play a key role for fundamental and applied challenges in quantum cryptography, quantum metrology and quantum information processing. Getting together quantum states of light and optical fibers provides technological advantages compared with standard approach based on spontaneous parametric down conversion in nonlinear crystals.

В ходе выполнения проекта основное внимание будет направлено на оптимизацию методов генерации коррелированных фотонных пар и одиночных фотонов в фотонно-кристаллических волокнах в процессе спонтанного четырехволнового взаимодействия. В качестве источника фотонов накачки предполагается использовать различные источники - фемтосекундные генераторы на кристаллах титаната сапфира и хром-форстерите, а также непрерывные диодные лазеры. Совместно с возможностью гибкого управления условиями фазового согласования для осуществления процесса четырехволнового взаимодействия в фотонно-кристаллических волокнах, разнообразные источники накачки должны обеспечить генерацию коррелированных фотонных пар и одиночных фотонов в видимом и ближнем ИК диапазонах, в том числе и в телекоммуникационном окне в области 1.55 мкм. В ходе выполнения проекта будет детально исследовано векторное четырехволновое взаимодействие, обеспечивающее новые режимы генерации коррелированных фотонных пар, в частности особое внимание будет уделено условию генерации фотонных пар на частотах сигнальной и холостой волн в ортогональных модах при ортогонально-поляризованной накачке , что позволяет повысить контраст генерируемых фотонных пар относительно раманосвкого шума и может обеспечить поляризационную перепутанность состояний. Также в задачи проекта входит создание источника волоконного одиночных провозглашенных фотонов (heralded single photons) на базе схемы с интерферометром Маха-Цандера, характеризация степени чистоты однофотонного состояния с помощью эффекта интереференции Хонга-Оу-Манделя, как функции параметров оптического поля накачки и свойств фотонно-кристаллического волокна

Идея реализации источников квантовых состояний света в волоконном формате на базе фотонно-кристаллических волокон является новой темой исследований для российской науки. В отличие от процесса спонтанного параметрического рассеяния в кристаллах, который детально изучен как российскими, так и зарубежными исследователями, тематическая карта генерации квантовых состояний света в средах с кубической нелинейностью содержит, на наш взгляд, значительное количество белых пятен. В частности, остаются малоизученными режимы векторного четырехволнового взаимодействия, весьма узок круг исследованных типов оптических волокон. Мы предполагаем, что поисковые исследования в области новых методов генерации квантовых состояний света в волоконном формате должны дать значимые результаты как для фундаментальной науки, так и для практических приложений.