• ABSTRACT Experiment 1 – ENTRELLAÇAMENT ENTRE ÀTOMOS I LLUM: MEMORIES QUÀNTIQUES PER A INFORMACIÓ QUÁNTICA!

El nostre experiment posarà a prova les correlacions de Bell entre dos objectes quàntics molt diferents: un sol fotó i una sola excitació col·lectiva espí (anomenada spin-wave) que involucra milions d”àtoms en un núvol atòmica refredada per làser. Generarem entrellaçament probabilísticament entre un time-bin qubit, adaptat per a la transmissió en fibres òptiques, i un spin-wave qubit emmagatzemat en una memòria quàntica. Després d”un temps controlat d”emmagatzematge, el spin-wave qubit es convertirà de manera determinista en un time-bin qubit. Tots dos qubits fotònics s”analitzaran utilitzant interferòmetres òptics. Els números aleatoris proporcionats pels Bellsters s”utilitzaran per triar aleatòriament les bases de mesura, canviant la fase de cada interferòmetre mitjançant un dispositiu piezoelèctric.

• ABSTRACT Experiment 2 – FREQUENCY-BIN ENTANGLEMENT

Vam provar la interferència en freqüència de dos fotons, un visible i l”altre en el rang de telecomunicacions. A causa del procés de generació, els fotons es creen en una superposició de múltiples maneres espectrals. A causa de la conservació de l”energia, dos fotons generats al mateix temps per un procés paramètric de conversió descendent estan correlacionats en la seva freqüència. A causa de la forma multimode de l”espectre, podem identificar cada manera espectral com un frequency-bin discret. Ens basem en aquest fet i vam provar la desigualtat de Bell en el grau de llibertat de temps-freqüència. Els bits aleatoris enviats pels Bellsters configuren la fase i l”amplitud dels senyals de radiofreqüència que s”envien a uns moduladors encarregats de generar la superposició de les freqüències.

• FACTS
  • Generem entrellaçament entre dos objectes quàntics molt diferents: un sol fotó i un núvol d”1 milió d”àtoms de Rubidi.
  • El nostre experiment involucra 1 milió d”àtoms de Rubidi refredats a 100 microgrados per sobre del zero absolut (al voltant de -273 graus Celsius) dins d”una cambra de buit ultra-alta, amb una pressió 1 bilió de vegades menor que la pressió atmosfèrica. I funciona!
  • Els àtoms en la nostra cambra de buit es mouen a una velocitat de 10 cm per segon, aproximadament 5000 vegades més lent que les molècules d”aire a temperatura ambient.
  • Per analitzar el nostre estat enredat, necessitem estabilitzar la longitud d”una fibra òptica de 40 metres de longitud amb una precisió de menys de 50 nanòmetres.
  • L”entrellaçament es pot emmagatzemar durant un temps programable a la nostra núvol d”àtoms freds, que serveix com una memòria quàntica.

 

• QUOTE

“Va ser una experiència increïble, va ser genial veure als números aleatoris de persones de tot el món prendre el control del nostre experiment gràcies als Bellsters!”

1. Nom del laboratori:

Quantum Photonics With Solids And Atoms

2. Equip:

Experiment 1: Georg Heinze, Pau Farrera, and Hugues de Riedmatten (PI). Experimental results comming soon.Experiment 2: Andreas Lenhard, Alessandro Seri, Daniel Rieländer, Osvaldo Jimenez, Alejandro Máttar, Daniel Cavalcanti, Margherita Mazzera, Antonio Acín, and Hugues de Riedmatten (PI).

3. Organització:

ICFO – Institut de Ciències Fotòniques, The Barcelona Institute of Science and Technology

4. Ciutat:

Castelldefels, Barcelona

5. Coordenades GPS de l”experiment:

6.41°16″28.7″N 1°59″21.1″E

6. Nom de l”experiment:

ICFO Experiment 2 – Frequency-Bin Entanglement

7. Desigualtat de Bell estudiada i resultat experimental obtingut:

Desigualtat CHSH (Clauser-Horne-Shimony-Holt): el realisme local implica |S| ≤2. Vam obtenir un resultat de S = 2.25 ± 0.08, que correspon a una violació de la desigualtat per més de 3 desviacions estàndard.

8. Objectiu de l”experiment.

En l”experiment testegem la interferència en freqüència entre dos fotons, un en el rang visible i l”altre en el rang de telecomunicacions. Mirem les correlacions i la superposició coherent de modes de freqüència en l”espectre dels fotons. A causa de la multimodalitat de l”espectre, vam demostrar entrellaçament en diverses dimensions de les freqüències dels fotons.

9. Sistema físic:

Fotons generats mitjançant Conversió Descendent Espontània Paramétrica. Degut al procés de creació, els fotons es van crear en una superposició de múltiples modes espectrals.

10. Grau de llibertat mesurat:

Temps-freqüència. Degut al principi de conservació de l”energia, dos fotons generats al mateix temps en un procés paramètric de conversió descendent estan correlacionats en freqüència. A causa de la forma multimode de l”espectre podem identificar cada mode espectral. Vam utilitzar aquest fet i vam provar la desigualtat de Bell en el grau de llibertat de temps-freqüència.

11. Taxa de Bits consumida i quantitat total de bits:

A una taxa de 160bps (bits per segon), vam consumir 87.152 bits en 19,7 hores.

12. Quin va ser l”ús dels bits dels Bellsters?

Els bits aleatoris dels Bellsters controlaven la fase i l”amplitud del senyal de radiofreqüència que arribaven a dos moduladors del setup. El propòsit d”aquests moduladors era barrejar les components espectrals dels fotons i afegir una fase. Els moduladors per tant generaven una superposició dels modes espectrals incloent-hi una fase. Els bits aleatoris estableixen aleshores la fase i l”amplitud dels senyals de radiofreqüència enviades a aquests moduladors.

13. Quant de temps va durar l”experiment?

La nostra primera mesura controlada pels Bellsters va començar el 29/11/16 a les 21:00 i va durar 93 minuts. Vam continuar mesurant i vam acabar amb l”ajuda de Bellsters el 02/12/16 a les 15: 23h. La mesura més llarga va ser de gairebé 20 hores, inclosa la nit del 01/12 al 02/12.

14. Els bits es van fer servir en temps real?

Vam dividir les mesures en trams de 10s de durada. En començar cada seqüència vam recollir bits nous dels Bellsters i vam canviar la configuració de l”experiment d”acord amb els números. Després vam recollir els resultats durant 10s. Després vam demanar números nous, i així successivament.

15. Distància entre Alice i Bob:

Menys d”un metre.