Tese de Doutorado

Quantum teleportation is the basis for numerous quantum applications, with the continuous-variable (CV) protocol having the significant advantage of being unconditional and deterministic, allowing every input state to be teleported. In the context of quantum networks, quantum channels connecting different wavelengths can be used in quantum hybrid technologies, linking different quantum platforms with distinct purposes that interact with light at specific wavelengths. Our approach to building these continuous-variable quantum channels is through quantum teleportation between quadratures of fields at widely different frequencies. To achieve this, we employ a triply resonant optical parametric oscillator (TROPO) operating above threshold as a source of two-mode entangled states. Pumped by a 532 nm Nd:YAG second harmonic laser, the system generates intense beams at 794.4(4) nm (377 THz; near-infrared compatible with the rubidium D1 line) and 1611(3) nm (186 THz; telecommunication L-band), with a frequency separation of 191 THz, which is over one octave. Using the resonator-assisted auto-homodyne technique, we implement the teleportation protocol to transfer a displaced coherent state from the infrared to the telecommunication band. In this work, we report the first demonstration of multi-color continuous-variable (CV) quantum teleportation bridging distinct frequency bands. This also marks the first implementation of teleportation between the sideband modes of intense beams that surpasses the classical fidelity limit. Additionally, we provide the first full characterization of the individual sideband modes in widely separated signal and idler fields generated by an above-threshold optical parametric oscillator. This demonstration paves the way for the development of hybrid quantum systems with enhanced connectivity.

O teletransporte quântico é a base para inúmeras aplicações quânticas, com o protocolo de variáveis contínuas (CV) possuindo a significativa vantagem de ser incondicional e determinístico, permitindo que qualquer estado de entrada seja teleportado. No contexto das redes quânticas, canais quânticos conectando diferentes comprimentos de onda podem ser utilizados em redes quânticas híbridas, vinculando várias plataformas quânticas com propósitos distintos que interagem com a luz em comprimentos de onda específicos. Nossa abordagem para construir esses canais quânticos em variáveis contínuas é através do teletransporte quântico entre as quadraturas dos campos em frequências amplamente diferentes. Para isso, usamos um oscilador paramétrico óptico triplamente ressonante (TROPO), operando no regime acima do limiar, como fonte de estados emaranhados de dois modos. Ao bombear com um laser de segundo harmônico de Nd:YAG (532 nm), geramos feixes intensos em 794.4(6) nm (377 THz), no infravermelho próximo compatível com a linha D1 dos átomos de rubídio, e em 1611(3) nm (186 THz), na banda L de telecomunicações. Utilizando a técnica de detecção auto-homodina com cavidades ópticas, implementamos o protocolo de teletransporte para transferir um estado coerente deslocado do infravermelho para as bandas de telecomunicações. Nesse trabalho, relatamos a primeira demonstração de teletransporte quântico multicolorido de variáveis contínuas (CV) entre bandas de frequência distintas. Isso também marca a primeira implementação de teletransporte entre os modos de bandas laterais de feixes intensos que ultrapassa o limite de fidelidade clássico. Adicionalmente, fornecemos a primeira caracterização completa dos modos individuais de bandas laterais dos campos de sinal e complementar amplamente separados em frequência, gerados por um oscilador paramétrico óptico operando acima do limiar. Esta demonstração abre caminho para o desenvolvimento de sistemas quânticos híbridos com conectividade aprimorada.