量子光学：液晶におけるエンタングルした光子対の調整可能な生成

液晶は、自己組織化能力、電場に対する強い応答性、複雑系への統合可能性を備えた、光ビーム操作においてカギとなる材料である。最近発見された強誘電性ネマチック液晶もまた、大きな二次光学非線形性を有することから、非線形光学に可能性を秘めた材料となっている。これを量子光源として使用すれば、フォトニック量子技術の限界を大きく広げられる可能性がある。しかし、エンタングルした光子、伝令付き単一光子、スクイーズド光の基本的な光源である自発的パラメトリック下方変換は今のところ、液晶でも、いかなる液体や有機材料でも観測されていない。今回我々は、強誘電性ネマチック液晶において自発的パラメトリック下方変換を実現し、エンタングルした光子の電場可変広帯域生成を、最良の非線形結晶に匹敵する効率で実証した。光子対の放出率と偏光状態は、数ボルトを印加するか、試料に沿って分子配向をねじることによって著しく変化する。液晶光源によって特殊な準位相整合が可能になり、これは分子のねじれ構造に基づいているため、光子対の所望のスペクトル特性や偏光特性に合わせて再構成可能である。そうした光源は、機能性、輝度、生成される量子状態の調整可能性の点で、標準的な非線形光学材料をしのぐと期待される。今回の概念は、複雑なトポロジカル構造、巨視的デバイス、マルチピクセルの調整可能な量子光源に拡張することができる。

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