Jednofotonowy kwantowy grzebień częstotliwości

• Autorzy: Romaniuk Ryszard S.

Identyfikatory

DOI

10.15199/59.2023.6.2

Warianty tytułu

EN

Single-photon quantum frequency comb

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Fotony są idealnymi nośnikami informacji kwantowej na dowolną odległość. Marzeniem jest budowa homogenicznego fotonicznego kwantowego systemu telekomunikacyjnego. W porównaniu z innymi technologiami fotony są kubitami i kuditami lotnymi. Nie ma dla nich innej opcji w sensie zdelokalizowanym. Do zagospodarowania ich właściwości w sensie zlokalizowanym konieczne są fotoniczne układy scalone PIC nowej generacji, dostatecznie gęste funkcjonalnie w domenie przestrzeni. Taka wymagana gęstość funkcjonalna na drodze przelotu fotonu w układzie scalonym musi być znacznie większa od tego czym dysponujemy obecnie. Należy zawsze pamiętać przy projektowaniu układów funkcjonalizacji fotonu, że dla niego nie ma znaczenia czy odległość wynosi mikrometr, milimetr czy kilometr, nawet parsek, a czas jest zawsze i niezmiennie zero w jego układzie. To układ zewnętrzny musimy dopasować do fotonu. Trudność jak zwykle polega na ograniczeniu gęstości upakowania funkcji. Przestrzeń jest najcenniejszym parametrem układu PIC. Każdy odcinek pasywny jest dużą stratą w tej przestrzeni. Kudit fotonowy załadowany informacją w domenach przestrzeni i częstotliwości jest systemem kwantowym o wielu stopniach swobody, wielopoziomowym, wielostronnym. Można go żartobliwie porównać do ciężarówki z przyczepami. Typów takich ciężarówek jest wiele. Jedną z nich jest jednofotonowy kwantowy grzebień częstotliwości. W terminologii telekomunikacyjnej wielopoziomowy i wielostronny kudit fotonowy jest rodzajem multi-hiper-datagramu. Właściwości tego super-datagramu potrafimy wykorzystać na razie jedynie w bardzo podstawowym zakresie.

EN

Photons are ideal carriers of quantum information over any distance. The dream is to build a homogeneous photonic quantum telecommunications system. Compared to other technologies, photons are flying qubits and qudits. There is no other option for them in a delocalized sense. To harvest their properties in a localized sense, a new generation of photonic integrated circuits PIC with sufficient functional density in space domain are necessary. The required functional density along the path of a photon in an integrated circuit must be much higher than what we currently have. One should always remember when designing photon functionalization systems that it does not matter whether the distance is a micrometre, a millimetre or a kilometre, even a parsec, and time is always and invariably zero in its system. We must match the external system to the photon. The difficulty, as usual, lies in limiting the packing density of functions. Space is the most valuable parameter of the PIC chip. Each passive section is a big loss in this space. A photon qudit loaded with information in the space and frequency domains is a quantum system with many degrees of freedom, multi-level, multi-partite. It can be jokingly compared to a truck with trailers. There are many types of such trucks. One of them is the single-photon quantum frequency comb. In telecommunications terminology, a multi-level and multi-partite photon qudit is a type of multi-hiper-datagram. For now, we can use the properties of this superb-datagram only to a very basic extent.

Słowa kluczowe

PL

foton; kudit fotonowy; optyczny grzebień częstotliwości; telekomunikacja kwantowa

EN

photon; photonic qudit; optical frequency comb; quantum telecommunications

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 6
• Strony: 31--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard S.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] H.Y.Kim, et al., 2000, Delayed choice quantum eraser, PRL 84.
• [2] S.P. Walborn, et al., 2002, Double-slit quantum eraser, Physical Review A. 65(3), doi:10.1103/PhysRevA.65.033818.
• [3] B.Dayan, et al., 2008, A photon turnstile dynamically regulated by one atom. Science 319(5866), doi:10.1126/science.1152261.
• [4] H.Zheng, et al., 2013, Waveguide-QED-based photonic quantum computation, PRL 111, 090502, doi:10.1103/PhysRevLett.111.090502.
• [5] Z.H.Wang, et al, 2014, Controllable single-photon frequency converter via a onedimensional waveguide, PRA 89(5), 053813, doi:10.1103/PhysRevA.89.053813.
• [6] Z.Liao et al., 2016, Single-photon frequency comb generation in a one-dimensional waveguide coupled to two atomic arrays, PRA 93(3):033851.
• [7] G.Calajo, et al., 2016, Atom-field dressed states in slow-light waveguide QED, arXiv:1512.04946.
• [8] L.W.Liu et al., 2017, A single-photon router in quantum fluctuation field, APPA, 132/4: 1358-1362.
• [9] Q-K He, et al., 2017, Single-photon scattering with counter rotating wave interaction, JPB 50, 145002, doi:10.1088/1361-6455/ aa7794.
• [10] S.K.Lee, et al., 2018, Frequency comb single-photon interferometry, Communications Physics 1:51, doi:10.1038/s42005-018- 0051-2.
• [11] T.Daugey, et al., 2019, Advances in quantum optical frequency combs, Proc.SPIE 10904, doi:10.1117/12.2510444.
• [12] A.L.Gaeta, et al., 2019, Photonic-chip-based frequency combs, NP 13(3):158-169, doi:10.1038/s41566-019-0358-x.
• [13] M.Kuess, et al., 2019, Quantum optical microcombs, NP 13(3):170- 179, doi:10.1038/s41566-019-0363-0.
• [14] H-H.Lu, et al., 2019, Quantum information processing with frequency qudits, IEEE PTL 20(10).
• [15] R.E.Kastner, 2019, The delayed choice quantum eraser neither erases not delays, arXiv:1905.03137.
• [16] M.Bello, et al., 2019, Unconventional quantum optics in topological waveguide QED, Science Advances 5(7), doi:10.1126/sciadv. aaw0297.
• [17] N.Pique, T.W.Hansch, 2020, Photon-level broadband spectroscopy and interferometry with two frequency combs, PNAS 117(43), doi:10.1073/pnas.2010878117.
• [18] G.Maltese, et al., 2020, Generation and symmetry control of quantum frequency combs, npjqi 13, doi:10.1038/s41534-019-0237-9.
• [19] X.Ren et al., 2021, Single-photon counting laser ranging with optical frequency combs, IEEE PTL 33(1):27-30, doi: 10.1109/ LPT.2020.3042499
• [20] M.Kuess, et al., 2022, Integrated micro-comb sources for quantum optical applications, arXiv:2002.02356
• [21] T.Yamazaki, et al., 2022, Massive-mode polarization entangled biphoton frequency comb, Scientific Reports 12:8964, doi:10.1038/s41598-022-12691-7
• [22] B.Martin, et al., 2022, Performance and limitations of dual-comb based ranging systems, arXiv:2202.05644.

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).