Interferenza a tre fotoni e interferenza ibrida coerente-Fock in un interferometro Mach-Zehnder a sei porte e due fasi

Abstract degli autori

Presentiamo un’analisi teorica unificata dell’interferenza quantistica a tre fotoni in un interferometro Mach-Zehnder a sei porte (6p-MZI), costituito da due tritter in cascata, con due modulatori di fase indipendenti collocati tra i bracci dei tritter. Deriviamo analiticamente la matrice di trasferimento del 6p-MZI e mostriamo come si articoli in tre classi di simmetria, determinate dalla struttura della trasformata discreta di Fourier (DFT) del tritter e dalle relazioni di coniugio. Analizziamo inoltre due regimi di ingresso. Nel primo, tre fotoni singoli indistinguibili vengono iniettati nel tritter e ricaviamo le distribuzioni di probabilità in uscita $P_{[111]}$, $P_{[\{300\}]}$ e $P_{[\{210\}]}$ in funzione delle due fasi relative $(φ_1, φ_2)$. Per $φ_2 = 0$ si recupera il limite a una sola fase, che conferma una visibilità del 100% per la frangia della distribuzione uniforme. Nel secondo, analizziamo un ingresso ibrido coerente-Fock $|α\rangle_1|α\rangle_2|1\rangle_3$ mediante il formalismo della matrice densità. Il numero medio di fotoni a ciascuna porta di uscita presenta sfasamenti dipendenti dall’ampiezza. I nostri risultati stabiliscono il 6p-MZI come piattaforma programmabile per la manipolazione di stati quantistici tripartiti e la misura dell’ampiezza coerente.