• ABSTRACT Experimento 1 – ENTRELAZAMIENTO ENTRE ÁTOMOS Y LUZ: MEMORIAS CUÁNTICAS PARA INFORMACIÓN CUÁNTICA!

Nuestro experimento pondrá a prueba las correlaciones de Bell entre dos objetos cuánticos muy diferentes: un solo fotón y una sola excitación colectiva espín (llamada spin-wave) que involucra a millones de átomos en una nube atómica enfriada por láser. Generaremos entrelazamiento probabilísticamente entre un time-bin qubit, adaptado para la transmisión en fibras ópticas,  y un spin-wave qubit  almacenado en una memoria cuántica. Después de un tiempo controlado de almacenamiento, el spin-wave qubit se convertirá  de forma determinista en un time-bin qubit. Ambos qubits fotónicos se analizarán utilizando interferómetros ópticos. Los números aleatorios proporcionados por los Bellsters se utilizarán para elegir aleatoriamente las bases de medida, cambiando la fase de cada interferómetro mediante un dispositivo piezoeléctrico.

• ABSTRACT Experimento 2 FREQUENCY-BIN ENTANGLEMENT

Probamos la interferencia en frecuencia de dos fotones, uno visible y el otro en el rango de telecomunicaciones. Debido al proceso de generación, los fotones se crean en una superposición de múltiples modos espectrales. Debido a la conservación de la energía, dos fotones generados al mismo tiempo por un proceso paramétrico de conversión descendente están correlacionados en su frecuencia. Debido a la forma multimodo del espectro, podemos identificar cada modo espectral como un frequency-bin discreto. Nos basamos en este hecho y probamos la desigualdad de Bell en el grado de libertad de tiempo-frecuencia. Los bits aleatorios enviados por los Bellsters configuran la fase y la amplitud de las señales de radiofrecuencia que se envían a unos moduladores encargados de generar la superposición de las frecuencias.

• FACTS
  • Generamos entrelazamiento entre dos objetos cuánticos muy diferentes: un solo fotón y una nube de 1 millón de átomos de Rubidio.
  • Nuestro experimento involucra 1 millón de átomos de Rubidio enfriados a 100 microgrados por encima del cero absoluto (alrededor de -273 grados Celsius) dentro de una cámara de vacío ultra-alta, con una presión 1 billón de veces menor que la presión atmosférica. ¡Y funciona!
  • Los átomos en nuestra cámara de vacío se mueven a una velocidad de 10 cm por segundo, aproximadamente 5000 veces más lento que las moléculas de aire a temperatura ambiente.
  • Para analizar nuestro estado enredado, necesitamos estabilizar la longitud de una fibra óptica de 40 metros de longitud con una precisión de menos de 50 nanómetros.
  • El entrelazamiento se puede almacenar durante un tiempo programable en nuestra nube de átomos fríos, que sirve como una memoria cuántica.

• QUOTE

«Fue una experiencia increíble, fue genial ver a los números aleatorios de personas de todo el mundo tomar el control de nuestro experimento gracias a los Bellsters!»

1. Nombre del laboratorio:

Quantum Photonics With Solids And Atoms

2. Equipo:

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. Organización:

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

4. Ciudad:

Castelldefels, Barcelona

5. Coordenadas GPS del experimento:

6.41°16″28.7″N 1°59″21.1″E

6. Nombre del experimento:

ICFO Experiment 2 – Frequency-Bin Entanglement

7. Desigualdad de Bell estudiada y resultado experimental obtenido:

Desigualdad CHSH (Clauser-Horne-Shimony-Holt): el realismo local implica |S|≤2. Obtuvimos un resultado de S = 2.25 ± 0.08, lo que corresponde a una violación de la desigualdad por más de 3 desviaciones estándar.

8. Objetivo del experimento:

En el experimento testeamos la interferencia en frecuencia entre dos fotones, uno en el rango visible y el otro en el rango de telecomunicaciones. Miramos las correlaciones y la superposición coherente de modos de frecuencia en el espectro de los fotones. Debido a la multimodalidad del espectro, demostramos entrelazamiento en varias dimensiones de las frecuencias de los fotones.

9. Sistema físico:

Fotones generados mediante Conversión Descendiente Espontánea Paramétrica.Debido al proceso de creación, los fotones se crearon en una superposición de múltiples modos espectrales.

10. Grado de libertad medido:

Tiempo-frecuencia. Debido al principio de conservación de la energía, dos fotones generados al mismo tiempo en un proceso paramétrico de conversión descendente están correlacionados en frecuencia. Debido a la forma multimodo del espectro podemos identificar cada modo espectral. Utilizamos este hecho y probamos la desigualdad de Bell en el grado de libertad de tiempo-frecuencia.

11. Tasa de bits consumida & número total de bits:

A una tasa de 160bps (bits por segundo), consumimos 87152 bits en 19,7 horas.

12. ? ¿Qué uso tuvieron los bits de los Bellsters?

Los bits aleatorios de los Bellsters controlaban la fase y la amplitud de la señal de radiofrecuencia que llegaban a dos moduladores del setup. El propósito de estos moduladores era mezclar las componentes espectrales de los fotones y añadirles una fase. Los moduladores por tanto generaban una superposición de los modos espectrales incluyendo una fase. Los bits aleatorios establecían entonces la fase y la amplitud de las señales de radiofrecuencia enviadas a estos moduladores.

13. ¿Cuánto duró el experimento?

Nuestra primera medida controlada por los Bellsters comenzó el 29/11/16 a las 21:00 y duró 93 minutos. Continuamos midiendo y terminamos con la ayuda de Bellsters el 02/12/16 a las 15: 23h. La medida más larga fue de casi 20 horas, incluida la noche del 01/12 al 02/12.

14. ¿Se usaron los bits en tiempo real?

Dividimos nuestra medida en tramos de 10s de duración. Al comenzar cada secuencia recogimos bits nuevos de los Bellsters y cambiamos los ajustes del experimento de acuerdo con los números. Luego recogimos los resultados durante 10s. Después pedimos números frescos, y así sucesivamente.

15. Distancia entre Alice y Bob:

Menos de 1m.