Kudit fotonowy

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/59.2023.3.2

Warianty tytułu

EN

Photon qudit

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W swobodnej przestrzeni foton posiada dwa spinowe stopnie swobody, co oznacza że jest idealnym kubitem lotnym. Ze względu na charakter oddziaływania fotonu z materią źródła, modulatora i detektora, foton może teoretycznie łatwo przekazywać stan kwantowy kubitowi stacjonarnemu. Co umożliwia konkatenację kanału kwantowego. Kudit fotonowy jest oczywiście obszarem badań podstawowych i aplikacyjnych w dziedzinie nauki o fotonie (photon science), a w obszarze jego funkcjonalizacji w telekomunikacji i komputingu jest istotnym fragmentem inżynierii fotonu i nową gałęzią fotoniki. Inżynieria fotonu, dodając fotonowi dodatkowe stopnie swobody, czyni z niego kudit. Kudit fotonowy, posiadając wszystkie zalety fotonu, staje się nośnikiem potężnej porcji informacji kwantowej, jeśli tylko uda się funkcjonalizować tak bardzo złożony system kwantowy i sposób kodowania w nim informacji. W uproszczeniu, najefektywniejszą metodą produkcji funkcjonalnego kuditu fotonowego jest posiadanie odpowiedniego źródła potrafiącego generować złożone formaty pola elektromagnetycznego zawierającego pojedynczy foton idealny, lub złożone formaty fotonu pojedynczego lub wielokrotnego, w tym ułamkowego. Bardzo szeroką tematykę badawczą nad kuditami fotonowymi przybliżamy w niniejszej pracy kilkoma przykładami kierunków prac, w sposób daleki od wyczerpującego.

EN

In free space, a photon has two spin degrees of freedom, which means that it is a perfect flying qubit. Due to the nature of the interaction of the photon with the matter of the source, modulator and detector, the photon can theoretically easily transfer a quantum state to a stationary qubit. Which makes it possible to concatenate a quantum channel. Photon qudit is of course an area of basic and application research in the field of photon science, and in the area of its functionalization in telecommunications and computing. It is an important part of photon engineering and a new branch of photonics. The engineering of the photon, by adding additional degrees of freedom to the photon, makes it a qudit. The photon qudit, having all the advantages of a photon, becomes a carrier of a huge portion of quantum information, if only such a complex quantum system and the way of coding information in it can be functionalized. In simple terms, the most effective method of producing a functional photon qudit is to have an appropriate source capable of generating complex formats of the electromagnetic field containing a single ideal photon, or complex formats of a single or multiple photon, including a fractional photon. The very broad research topic on photon qudits is presented here, in a far from exhaustive way, with several examples of directions of work.

Słowa kluczowe

PL

kubit fotonowy; kudit fotonowy; telekomunikacja kwantowa; komputing kwantowy; sieci kwantowe; teleinformatyka kwantowa

EN

photonic qubit; photonic qudit; quantum telecommunications; quantum computing; quantum networks; quantum teleinformatics

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 3
• Strony: 13--19
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard

• Politechnika Warszawska, Instytut Systemów Elekronicznych

Bibliografia

• [1] I. Rodrigues, et al., 2010, Coherent control with qudit photon states, J. Phys. B; Mol. Opt. Phys. 43, 125505, doi:10.1088/0953-407/43/12/125505.
• [2] A. Pathak, et al., 2010, Recent developments in the study of higher order nonclassical states. Indian Journal of Physics 84, 1005-1019.
• [3] K. Mandal et al., 2020, Higher order nonclassicality in photon added and subtracted qudit states, arXiv: 2006.02150,
• [4] X. Cai, et at., 2012, Integrated compact optical vortex beam emitters, Science 338(6105) 363-366, doi: 10.1126./science.1226528
• [5] X. Guo, et al., 2020, Molding free-space light with guided wave driven metasurfaces, Science Advances 6(29), eabb4142, doi:10.1126/sciadv.abb4142.
• [6] J. Wang, 2016, Advances in communications using optical vortices, Photonics Research 4(5) b 14-28.
• [7] Z. Xie, et al., 2018, Integrated (de)multiplexer for orbital angular momentum fiber communication, Photon. Res. 6(7) 743-749.
• [8] R.M. Gomes, et al., 2009, Observation of nonlocal optical vortex, arXiv: 0902.1659.
• [9] M. Karacsony, et al., 2023, Efficient qudit based for photonic quantum computing, arXiv: 2302.07357.
• [10] E. Knill, R. Lafamme, G.J, Milburn, 2001, A scheme for efficient quantum computation with linear optics, Nature 409 (6816) 46-52.
• [11] Y. Yan, et al., 2012, Efficient generation and multiplexing of optical orbital angular momentum modes in a ring fiber by using multiple coherent inputs, Opt. Lett. 37, 3647-3647.
• [12] H-H. Lu et al., 2019, Quantum information processing with frequency comb qudits, IEEE PTL 31(23) 1858-1861.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).