Charakterystyki kuditu fotonowego

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/59.2023.5.1

Warianty tytułu

EN

Characteristics of photon qudit

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Koncepcje realizacji węzłów sieci i komputingu kwantowego na bazie kuditów fotonowych są pod względem technicznym w początkowym etapie rozwoju, znacznie w tyle za technikami kubitowymi. Techniki kubitowe i kuditowe w przypadku fotonu są silnie skorelowane. Impuls rozwojowy fotoniczne techniki kubitowe otrzymały ze strony fotonicznych układów scalonych PIC i znacznego postępu w ich technologii. Sprawne logiczne fotoniczne kubitowe bramki kwantowe są realizowane przy pomocy liniowych układów mikro-fotonicznych. W tworzeniu topologii kubitowych układów bramkowych PIC wykorzystuje się właściwości teorii grafów. I jest to metoda tak skuteczna, że stosowany jest termin grafowa fotonika kwantowa. Grafowa teoria fotonicznych układów kwantowych jest rozszerzana na kudity. Możliwość taką zapewnia niezwykła elastyczność fotonu jako obiektu kwantowego, pojedynczego i klastrowanego, w postaci możliwości kształtowania jego stanów swobody i generacji stanów nieklasycznych. Kudit fotonowy poprzez swoją wielostronność i wielowymiarowość realizuje hipersplątanie w znacznie bogatszy sposób, jednak trudny do opanowania praktycznego. Naturalną metodą są próby zastosowania rozwiązań dobrze znanych w telekomunikacji i radioelektronice, czyli działania w domenach czasu, częstotliwości i przestrzeni. Działania te ujawniają fascynującą nieklasyczną naturę fotonu swobodnego, klastrowanego i hipersplątanego i potencjalnie uchylają drzwi do jego sprawnej funkcjonalizacji w postaci kuditu. Taka funkcjonalizacja nie będzie łatwa bo foton jest bardzo słabo reaktywny. Konieczne jest poszukiwanie metod rekompensujących.

EN

The concepts of network nodes implementation and quantum computing based on photon qudits are technically in the early stages of development, well behind qubit techniques. Photonic qubit and qudit technologies are strongly correlated. Photonic qubit techniques received a development impulse from photonic PIC integrated circuits and significant progress in their technology. Efficient logical photonic qubit quantum gates are implemented using linear micro-photonic circuits. The properties of graph theory are used in the creation of topologies of qubit PIC gate circuits. And this method is so effective that the term graph quantum photonics is used. The graph theory of photonic quantum systems is being extended to qudits. This possibility is ensured by the extraordinary flexibility of the photon as a quantum object, single and clustered, in the form of the possibility of shaping its states of freedom and generating non-classical states. The photon qudit, through its multipartition and multidimensionality, implements hyperentanglement in a much richer way, but difficult to master in practice. A natural method is to try to apply solutions well known in telecommunications and radioelectronics, i.e. actions in the domains of time, frequency and space. These activities reveal the fascinating non-classical nature of the free, clustered and hyperentangled photon and potentially open the door to its smart functionalization in the form of a qudit. Such functionalization will not be easy as a photon is hardly reactive. It is necessary to search for recompensation methods.

Słowa kluczowe

PL

foton; kudit; kudit fotonowy; fotonika kwantowa; teleinformatyka kwantowa; telekomunikacja kwantowa; komputing kwantowy; informacyjne technologie kwantowe

EN

photon; qudit; photonic qudit; quantum photonics; quantum teleinformatics; quantum communications; quantum computing; quantum information technologies

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 5
• Strony: 9--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard

• Politechnika Warszawska, Instytut Systemów Elektronicznych

Bibliografia

• [1] P.Imany et al., 2018, 50-GHz-spaced comb of high-dimensionality frequency-bin entangled photons from an on-chip silicon nitride resonator, Opt.Express 26, 1825-1840
• [2] X.Zhang et al., 2018, Integrated silicon nitride time-bin entanglement circuits, Optics Letters 43(15) 3469-3472, doi:10.1364/ OL.43.003469
• [3] H.Jin et al., 2014, On-chip generation and manipulation of entangled photons based on reconfigurable lithium-niobate waveguide circuits, PRL 113(10) 103601
• [4] J.Wang et al. 2014, Gallium arsenide quantum photonic waveguide circuits. Opt.Commun. 327, 49
• [5] S.Bogdanov et al., 2017, Material platforms for integrated quantum photonics, Material Express 7(1) 111, doi:OME.7.000111
• [6] X.Chen, et al., 2021, Quantum entanglement on photonic chips: a review, Advanced Photonics 3(6), 064002, doi:10.1117/1. AP.3.6.064002
• [7] M.Kuess et al., 2019, Quantum optical microcombs, NP 13, 170-179
• [8] D.Llevelyn et al., 2020, Chip-to-chip quantum teleportation and multiphoton entanglement in silicon, Nat.Phys. 16(2) 148-153
• [9] J.Wang et al., 2016, Chip-to-chip quantum photonic interconnect by path-polarization interconversion, Optica 3(4) 407-413, doi:10.1364/OPTICA.3.000407
• [10] J.Bao et al., 2023, Very-large scale integrated quantum graph photonics, Nature Photonics 17, 573-581 doi:10.1038/s41566- 023-01187-z
• [11] M.Giustina et al., 2015, Significant loophole free test of Bell’s theorem with entangled photons, PRL 115(25), 250401, doi:10.1103/ PhysRevLett.115.250401
• [12] M.Chen et al. 2014, Experimental realization of multipartite entanglement of 60 modes of a quantum optical frequency comb, Phys. Rev.Lett. 112, 120505
• [13] L.Olislager et al., 2010, Frequency-bin entangled photons, arXiv:0910.1325
• [14] G.Maltese et al., 2020, Generation and symmetry control of quantum frequency combs, npj QI 6(13), doi:10.1038/s41534-019- 0237-9
• [15] P.G.Kwiat et al. 1995, New high-intensity source of polarization entangled photon pairs, Phys.Rev.Lett. 75, 4337-4341
• [16] M.Barbieri et al., 2017, What hong-ou-mandel interference says on two-photon frequency entanglement, Sci.Rep. 7(7247)
• [17] F.Boitier et al., 2014, Electrically injected photon-pair source at room temperature, PRL 112, 183901
• [18] Y.Zhang et al., 2016, Engineering two-photon high-dimensional states through quantum interference, Sci.Adv. 2, e1501165
• [19] I.Jex et al., 2003, Antisymmetric multi-partite quantum states and their applications, Fortschr.Phys 51(172)
• [20] M.Kues et al., 2017, On-chip generation of high-dimensional entangled quantum states and their coherent control, Nature 546(622)
• [21] S.L.Braunstein et al., 2005, Quantum information with continuous variables, Rev.Mod.Phys. 77, 513-577
• [22] N.C.Menicucci et al., 2006, Universal quantum computation with continuous variable, Phys.Rev.Lett. 97, 110501
• [23] P.Kolchin et al. 2008, Electro-optic modulation of single photons, Rev.Phys.Lett. 101, 103601
• [24] T.A.Pearsall, 2021, Quantum photonics, Springer, ISBN:978-3-030- 47327-3, doi: 10.1007/978-3-030-47325-9

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).