Pojedynczy foton

• Autorzy: Romaniuk Ryszard

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2022.6.3

Warianty tytułu

EN

Single photon

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Pojedynczy foton zachowuje się tak samo jak fala elektromagnetyczna złożona z wielu fotonów. Ściśle pojedynczy foton, co najwyżej splątany w parę – świadka i posłańca/zwiastuna, jest przedmiotem zainteresowania informacyjnych technik kwantowych ITK. Foton może byś splątany jednocześnie w wiele par lub grup. Foton jest idealnym kubitem/kuditem lotnym. ITK wymaga umiejętności ściśle deterministycznej generacji pojedynczego fotonu, a następnie jego precyzyjnej, najlepiej jak najmniej stratnej transmisji, ewentualnego przetwarzania i detekcji. Konieczna jest także umiejętność deterministycznej generacji strumienia pojedynczych fotonów. Strumień sub-Poissonowski fotonów nieklastrowanych (nieklasyczny stan ściśnięty) generowany z klasycznego lasera bardzo wysokiej jakości jest niewystarczający. Z pojęciem techniki operacyjnej pojedynczych fotonów związane jest zagadnienie rozróżnialności. Rozróżnialność fotonu zależy od wielu czynników, w tym determinizmu i technologii emitera. Emitery syntetyczne nie gwarantują nierozróżnialności. Foton w idealnych aplikacjach ITK musi być ściśle nierozróżnialny. Nieco inaczej jest w rozwiązaniach praktycznych, gdzie rozróżnialność fotonu jest problemem statystycznym, i posiada konkretną wartość. Artykuł opisuje niektóre wybrane zagadnienia szybko rozwijającej się techniki pojedynczego fotonu.

EN

A single photon behaves in the same way as an electromagnetic wave composed of many photons. A strictly single photon, or at best entangled in a pair – a witness and a messenger/herald - is of interest to QIT quantum information techniques. The photon can be entangled simultaneously into many pairs or groups. The photon is an ideal flying qubit/qudit. QIT requires the ability of a strictly deterministic generation of a single photon, and then its precise, preferably the least lossy transmission, processing and detection. It is also necessary to be able to generate a deterministic flux of single photons. The sub-Poissonian flux of non-clustered photons (non-classical squeezed state) generated by a classical laser of a very high quality is insufficient. The concept of single photon operational technique is related to the issue of discrimination, called more precisely as indistinguishability. Photon indistinguishability depends on many factors, including emitter determinism and technology. Synthetic emitters are not guaranteed to be indistinguishable. The photon in ideal QIT applications must be strictly indistinguishable. The situation is slightly different in practical solutions, where photon discrimination is a statistical problem and has a specific value. The article describes some of the chosen issues of the very fast developing single photon technique.

Słowa kluczowe

PL

foton; pojedyncze fotony; para fotonów splątanych; lotny kubit fotonowy; foton jako kudit; nierozróżnialność fotonu

EN

photon; single photons; pair of entangled photons; flying photonic qubit; photon as qudit; photon indistinguishability

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 63, Nr 6
• Strony: 18--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Fermi LAT Collaboration, 2018, A gamma-ray determination of the Universe’s star-formation history, arXiv:1812.01031
• [2] S.V. Boriskina, 2012, Photonic molecules and spectral engineering, arXiv:1207.1274
• [3] K. Liao. et al, 2020, Photonic molecule quantum optics, Advances in Optics and Photonics, vol. 12, no. 1, p. 60-134
• [4] [x] Liang, Qi-Yu; et al., 2018, Observation of three-photon bound states in a quantum nonlinear medium, arXiv:1709.01478
• [5] G. Jaeger, 2019, Are virtual particles less real?, Entropy 21, 141, doi:10.3390/e21020141
• [6] R.E. Kastner, 2016, On real and virtual photons in the Davies theory of time-symmetric quantum electrodynamics, arXiv:1312.4007
• [7] G. Voisin, et al., 2017, Electron-positron pair production by gamma rays in an anisotropic flux of soft photons and application to pulsar polar caps, arXiv:17.10.04021
• [8] PA Collaboration, 2015, The Pierre Auger cosmic ray observatory, arXiv:1502.01323
• [9] T. Quereshi, 2019. Demystifying the delayed-choice quantum eraser, arXiv:1908.03920
• [10] Journal of Nanophotonics, SPIE.org
• [11] P. Seitz, A.J.P. Theuvissen, 2011, Single photon imaging, Springer
• [12] G. Arandela, et. al., 2018, Interference of single photons emitted by entangled atoms in free space, PRL 120, 193603
• [13] Advanced photonic integrated circuits, 2021, nature.com/collections/fcppkxtzqf
• [14] E. Knill, R. Lafamme, G. Milburn, 2000, Efficient linear optics quantum computation, arXiv: 0006088
• [15] P. Kok, et al., 2006, Linear optical quantum computing, arX-iv: 0512071
• [16] S. Thomas, P. Senellart, 2021, The race for the ideal single-photon source is on, Nature Nanotechnology, 16, 367-368
• [17] P. Lodahl, et al., 2022, A deterministic source of single photons, Physics Today, 75, 3, 44
• [18] A.M. Brańczyk, 2017, Hong-Ou-Mandel interference, arXiv: 1711.00080
• [19] A.J. Menssen, et al., 2016, Distinguishability and many-particle interference, arXiv: 1609.09804
• [20] W. Zhang, et al., 2017, Interfacing a two-photon NOON state with an atomic quantum memory, arXiv: 1701.03317
• [21] Y. Pan, et al., 2016, Arbitrarily tunable orbital angular momentum of photons, Scientific Reports 6, 29212
• [22] R. Okamoto, et al., 2010, Realization of KLM C-NOT gate – a photonic quantum circuit combining effective optical nonlinearities, arXiv: 1006.4743
• [23] D-X. Li, et al., 2018, Engineering steady KLM state of Rydberg atoms by dissipation, Optics Express, vol. 26, no. 3, 2292
• [24] S. Richter, et al., 2022, Collective photon emission patterns from two atoms in free space, arXiv: 2202.13678
• [25] B. Poudyal, I.M. Mirza, 2020, Collective photon routing improvement in a dissipative quantum emitter chain strongly coupled to a chiral waveguide QED ladder, arXiv: 2006.11506.

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).