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FEMTO's news

Imaging quantum interference of entangled photon pairs of extremely high dimensionality

Researchers from the Optics Department have developed an imaging device allowing the spatial and temporal resolution of the phenomenon of quantum interference between pairs of entangled photons of extremely high dimensionality. This work paves the way for the development of very high dimensional information protocols.

In a crystal, photons of a laser beam can split in pairs of lower frequency, the spontaneous down conversion (SPDC) phenomenon. The so-called twin, or entangled, photons of a pair form a single quantum object. Therefore, if they are sent on a beam-splitter they exit randomly, but both on the same output port. This is the famous Hong-Ou-Mandel (HOM) two-photon interference.

HOM interference is used in novel communication protocols, like quantum teleportation and quantum information processing, but until now without spatial resolution, by using bucket detectors. However, entanglement concerns all properties of twin photons, including their position in space and time, and here HOM interference is obtained for thousands of spatial as well temporal resolution cells, resulting in a total spatio-temporal dimensionality of 3 million.

In our HOM interferometer, spatial coincidences at the output ports are imaged on two cameras operating in photon counting mode. Since we control temporally, spatially, in polarization and in wavelength the indistinguishability between the photons of a pair, we have observed and quantified spatially and temporally the HOM interference at the quantum level, with a visibility of 60%, of more than 4000 photon pairs of extremely large spatio-temporal dimensionality.

Given the essential role played by two-photon HOM interference in most of the systems developed for quantum information processing, demonstrating that HOM interference can be obtained by manipulating quantum states of giant dimensionality opens the way for the development of very high-dimensional quantum information protocols using space and time variables.

This work has just been published in the journal Physical Review X and is highlighted in the CNRS news

Contact : Fabrice Devaux

Référence :

Imaging spatio-temporal Hong-Ou-Mandel interference of biphoton state of extremely high Schmidt number, F. Devaux, A. Mosset P.A. Moreau, et E.Lantz .
Physical Review X, 2020.
DOI : 10.1103/PhysRevX.10.031031

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    Le 19 mai dernier, la Région Bourgogne Franche-Comté et l’institut FEMTO-ST (par l’intermédiaire de ses établissements de tutelle)a signé une convention de partenariat avec le groupe PSA Peugeot Citroën en vue de renforcer les collaborations déjà existantes de recherche et de transfert de technologies.

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  • Prix de la meilleure thèse en Génie Electrique pour Zhixue Zheng

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  • Nicolas Chaillet élu président de la COMUE Université Bourgogne Franche-Comté

    Le conseil d’administration de la COMUE Bourgogne Franche-Comté, réuni le 25 avril, a élu à sa présidence Nicolas Chaillet pour un mandat de 4 ans. Actuellement professeur à l’Université de Franche-Comté et directeur du laboratoire FEMTO-ST, Nicolas Chaillet démissionne donc de ses fonctions à FEMTO-ST.
    Le directeur adjoint, Laurent Larger, reprend la direction par intérim.

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    The May 2016 issue of Comptes Rendus Physique (an international peer-reviewed journal of the French Academy of Sciences), is devoted to phononic crystals. This special issue was coordinated by Vincent Laude.

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  • Numéro spécial des Comptes Rendus Physique sur les cristaux phononiques

    À lire : numéro spécial des Comptes Rendus Physique (revue internationale de l'Académie des Sciences) consacré aux cristaux phononiques et coordonné par Vincent Laude.

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