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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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    A conference concerning Photonics will take place in FEMTO-ST on Friday 3rd of April at 2pm.

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  • Séminaire 'Saisir les opportunités dans la nano-photonique'

    Profitant de la présence en France de James Pond, expert en modélisation optique par la méthode "Finite Difference Time Domain", nous vous invitons à venir l'écouter lors du séminaire intitulé : "Saisir les opportunités dans la nano-photonique"
    Ce séminaire aura lieu le vendredi 3 avril 2009 à 14h dans l'amphi FEMTO-ST.

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  • Journée Test et mesure AGILENT

    Exposition de matériels test et conférence sur les oscilloscopes et l'intégrité du signal le jeudi 2 avril 2009 de 9h30 à 17h00 à l'institut FEMTO-ST.

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    Stratégie de maintenance et e-maintenance sont les maîtres mots traduisant la problématique industrielle étudiée par FEMTO-ST et plus particulièrement par l’équipe COSMI du département de recherche AS2M. Le système industriel SISTRE, rénové et financé par la région Franche-Comté, permet de marier des outils matériels et logiciels pour mettre au point la maintenance interactive de demain.

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    En partenariat avec Micronora, notre institut de recherche organise les 24 et 25 septembre 2008 à Besançon, au cours du salon international des microtechniques, un cycle de conférences de haut niveau en langue française et anglaise dédié aux applications des micro et nanotechnologies.

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