Negative Wigner-Funktion bei der Telekommunikationswellenlänge von 1550nm

1. Januar 2017

Foto: Ag Schnabel

Die Wigner-Funktion ist eine Quasi-Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung zur Beschreibung eines Quantenzustandes. Das Wort „quasi“ bezieht sich darauf, dass sie negative Werte annehmen kann, was für eine Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung unphysikalisch ist. Anzahlzustände (Fock-Zustände) und Katzenzustände sind Beispiele für (teilweise) negative Wigner-Funktionen. Solche Zustände sind eine wichtige Ressource in der Quanteninformation. In unserem Experiment haben wir erstmalig einen Zustand des Lichts bei 1550nm mit einer negativen Wigner-Funktion erzeugt und mit balancierter Homodyndetektion direkt nachgewiesen.

Abb.:  Aus unseren Messdaten rekonstruierte Wigner-Funktion eines ein-Photonen-subtrahierten, schwach gequetschten Vakuumzustandes. Im Ursprung wird ein Wert von −0.063 ± 0.004 erreicht. Dieser entspricht 20% der stärkst möglichen Negativität von −1/π ≈ −0.318, welche sich bei einer perfekten Messung an einem reinen ein-Photonen Fock-Zustand ergeben würde.

Christoph Baune, Jaromír Fiurášek, Roman Schnabel, Phys. Rev. A 95, 061802(R) (2017)