苏晓龙教授团队在基于全光在线压缩器实现压缩猫态的制备和操控方向取得新进展

量子光学与光量子器件国家重点实验室苏晓龙教授团队聚焦光学压缩猫态的挑战性问题，开展了高效制备和操控压缩猫态的实验研究。相关成果以“Experimental Preparation and Manipulation of Squeezed Cat States via an All-Optical In-Line Squeezer”为题，发表在Laser & Photonics Reviews上。实验室青年教师王美红和博士生张淼为论文的共同第一作者，苏晓龙教授和秦忠忠教授为论文共同通讯作者。

根据输入态是否直接耦合进入压缩器，光学压缩器分为离线和在线压缩器两种。相比于离线压缩器，在线压缩器无需光电和电光转换，带宽不受光电器件限制，且通过改变压缩器的工作条件即可实现对压缩方向的操控，是一种全光宽带的确定性压缩器。通过对实验参数的优化，研究团队获得了传输效率达91%、带宽大于输入猫态带宽的在线压缩器，解决了在线压缩器面临的挑战。

研究团队通过从压缩真空态中减光子，实验制备了尺度1.06、保真度为0.68的光学薛定谔猫态。进一步，将光学猫态输入在线压缩器，并改变压缩器的工作条件，实现了压缩猫态压缩方向的操控，实验原理如图1所示。当压缩器工作在参量放大状态时，实验制备了尺度为1.40、压缩参量为0.30、保真度为0.61的正交位相分量压缩的压缩猫态（p-SC）；当改变压缩器的工作状态至参量反放大时，实验制备了尺度为0.99、压缩参量为0.29、保真度为0.6的正交振幅分量压缩的压缩猫态（x-SC），实验结果如图2所示。压缩器的确定性压缩操作使得压缩猫态的产率仅依赖于输入猫态产率2 kHz，输入猫态直接耦合进入压缩器保证了压缩操作不改变压缩猫态的奇偶性。实验结果证明，研究团队发展的确定性全光在线压缩器是一种高产率制备和操控压缩猫态的有效途径。该工作为基于光学压缩猫态的全光量子信息处理奠定了基础。

图1 制备和操控压缩猫态原理图

图2 压缩猫态制备和操控实验结果。(a), (b), (c) 分别是光学猫态, 正交位相分量压缩的压缩猫态和正交振幅分量压缩的压缩猫态的实验结果。