تقویت کننده خطی بدون نوفه مبتنی بر قیچی کوانتومی سه - فوتون با مانستگی بالا

در این مقاله، یک قیچی کوانتومی سه - فوتون، که فضای هیلبرت بی نهایت بعدی را به فضای حالت‌های عددی با تعداد کمتر از چهار فوتون کاهش می‌دهد، و دامنه حالات عددی باقیمانده را به روش احتمالی تقویت می‌کند، پیشنهاد شده است. بدین منظور، با فرض ایده آل بودن باریکه شکاف ها و آشکارسازهای مورد استفاده در طرح پیشنهادی، حالت خروجی این قیچی کوانتومی و احتمال موفقیت مربوط به آن به صورت تحلیلی محاسبه شده است. این تقویت کننده، برخلاف قیچی کوانتومی تک- فوتون یا دو- فوتون، برای هر برهم نهی تا بیشینه سه فوتون عمل تقویت را به صورت ایده آل انجام می دهد. نتایج بدست آمده برای حالت ورودی همدوس نشان می دهد که مانستگی بین حالت ایده آل و حالت تقویت شده بدست آمده با استفاده از این قیچی کوانتونی پیشنهادی، به بزرگی مانستگی یک تقویت‌کننده مبتنی بر مجموعه شش عددی قیچی کوانتومی تک- فوتون، و یا یک تقویت‌کننده مبتنی بر مجموعه دو عددی قیچی کوانتومی دو- فوتون است. افزون بر این، احتمال موفقیت این قیچی کوانتومی تعمیم یافته بزرگ تر از احتمال موفقیت بدست آمده از شش تقویت کننده یک- فوتون، و قابل مقایسه با احتمال موفقیت دو تقویت‌کننده دو- فوتون است. از این رو، با توجه به اینکه تجهیزات مورد نیاز برای یک قیچی کوانتومی سه- فوتون کمتر از تجهزات مربوط به شبکه ای از قیچی های کوانتومی تک- فوتون یا دو- فوتون است، این ساختار معرفی شده کارامدتر از تقویت کننده مبتنی بر چند قیچی کوانتومی تک- فوتون و یا دو قیچی کوانتومی دو- فوتون است.

high fidelity noiseless linear amplifier based on three-photon quantum scissor

in this article, we suggested a three-photon quantum scissor that truncates all multiphoton number states with four or more photons and amplifies the remaining photon number states in a probabilistic way. to this end, by assuming the ideality of all beam splitters and detectors of the proposed scheme, the output state of this quantum scissor and its success probability have been derived analytically. in contrast to the one-photon or two-photon quantum scissor, this setup works perfectly for superpositions of up to three photons. for the input coherent state, our results show that the fidelity between ideal amplification and the amplification obtained by this suggested three-photon quantum scissor is as good as that obtained with a network of six one-photon or two two-photon amplifiers. moreover, the success probability of this generalized quantum scissor is larger than the success probability of six one-photon amplifiers and is comparable to the success probability of two two-photon amplifiers. therefore, based on the fact that the resources required by the three-photon amplifier are smaller than those required for a network of one-photon or two-photon amplifiers, this proposed device is much more efficient than several one-photon or two two-photon amplifiers.