Bifoton i kwantowy mikrogrzebień częstotliwości

• Autorzy: Romaniuk Ryszard S.

Identyfikatory

DOI

10.15199/59.2024.1.2

Warianty tytułu

EN

Biphoton and quantum frequency microcomb

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Epoka NISQ w rozwoju kwantowych systemów informacyjnych QIS pełni role testowania kluczowych parametrów systemowych jak: platform technologicznych, topologii układów, algorytmów translacji poziomów a w tym fizyka-logika, tolerancji błędów, możliwości integracji, skalowalności, generacji przewagi kwantowej, objętości kwantowej i hipersplątania, podatności na dekoherencję, łatwości generacji zasobów kwantowych, możliwości ich destylacji i funkcjonalizacji, itp. W niniejszym artykule ten gigantyczny obszar badawczy mogący, w nadchodzących dziesięcioleciach, zmienić całkowicie telekomunikację, komputing i metrologię ograniczamy do platformy fotonicznej oraz do generacji kwantowych grzebieni optycznych QOM (Quantum Optical Microcombs). QOM dostarcza do zintegrowanego z nim fotonicznego systemu kwantowego setki i więcej, podlegających indywidualnej kontroli, modów czasowych i częstotliwościowych, które mogą być wykorzystane efektywnie do skalowania systemu kwantowego. Taki kwantowy fotoniczny układ scalony QPIC, pracujący w pasmie światłowodowym i w standardzie DWDM jest w naturalny sposób sprzężony z siecią światłowodową. Mody QOM splątane w domenie energia-czas umożliwiają kontrolę ich stanów kwantowych, skalowania i realizację nowych funkcjonalności w QPIC i kwantowej telekomunikacji światłowodowej.

EN

The NISQ era in the development of quantum information systems QIS plays the role of testing key system parameters such as: technological platforms, system topologies, level translation algorithms, including physicslogic, error tolerance, integration possibilities, scalability, generation of quantum advantage, quantum volume and hyperentanglement, susceptibility to decoherence, ease of generating quantum resources, the possibility of their distillation and functionalization, etc. In this article, we limit this gigantic research area that could completely change telecommunications, computing and metrology in the coming decades to the photonic platform and the generation of quantum optical microcombs (QOM). QOM provides hundreds or more individually controllable time and frequency modes to the integrated photonic quantum system, which can be used effectively to scale up the quantum system. Such a QPIC quantum photonic integrated circuit, operating in the fiber optic band and in the DWDM standard, is naturally coupled to the fiber optic network. QOM modes entangled in the energy-time domain enable the control of their quantum states, scaling and the implementation of new functionalities in QPIC and quantum optical fiber telecommunications.

Słowa kluczowe

PL

mikrogrzebień optyczny; grzebień częstotliwości; fotoniczne układy scalone; telekomunikacja światłowodowa

EN

optical microcomb; frequency comb; photonic integrated circuits; optical fibre communications

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 1
• Strony: 11--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz.

Twórcy

autor

Romaniuk Ryszard S.

• Instytut Systemów Elektronicznych, Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] A.Mair, et al., 2001, Entanglement of the orbital angular momentum states of photons, Nature 412, 313-316, doi:10.1038/35085529
• [2] J.Ye, S.T,Cundiff, 2005, Femtosecond optical frequency comb technology: principle, operation and applications, Springer ISBN 13:978-0387237909
• [3] M.Chen, et al., 2014, Experimental realization of multipartite entanglement of 60 modes of quantum optical frequency comb,PRL 112, 120505, arXiv: 1311.2957
• [4] C.Reimer, et al., 2016, Generation of multiphoton entangled quantum states by means of integrated frequency combs, Science 351, 1176-1180, doi:10.1126/science.aad8532
• [5] J.W.Silverstone, et al., 2016, Silicon quantum photonics. IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 22, 390–402, arXiv:1707.02334
• [6] A.Kayn, et al., 2017, Quantum delocalization in photon-pair generation, Phys.Rev.A 96, 023850, doi:10.1103/PhysRevA.96.023850
• [7] I.N.Chuprina, et al, 2017, Optimisation of SFWM in a ring microresonator, Quant.Electron, 47(10), doi:10.1070/QEL16511
• [8] J.A.Jarmillo-Villegas, et al., 2017, Persistent energy-time entanglement covering multiple resonances of an on-chip biphoton frequency comb, Optica 4,655-658, doi:10.1364/OPTICA.4.000655
• [9] S.K.Lee, et al., 2018, Frequency comb single-photon interferometry, Nature Communications Physics 1:51, doi:10.1038/s42005- 018-0051-2
• [10] J.P.MacLean, et al., 2018, Direct characterization of ultrafast energy-time entangled photon pairs, PRL 120, 053601, doi:10.1103/ PhysRevLett.120.053601
• [11] M.Kues, et al., 2019, Quantum optical microcombs, Nature Photonics 13(3):170-179, doi:10.1038/s41566-019-0363-0
• [12] A.L.Gaeta, et al., 2019, Photonic-chip-based frequency combs, Nature Photonics 13(3):158-169, doi:10.1038/s41566-019-0358-x
• [13] G,Maltese, et al., 2020, Generation and symmetry control of quantum frequency combs, NPJ Quantum Information 6:13, doi:10.1038/s41534-019-0237-9
• [14] N.Shettell, 2021, Quantum Information Techniques for Quantum Metrology, arXiv:2201.01523
• [15] Z.Yang, et al., 2021, A squeezed quantum microcomb on a chip, Nature Communications 12:4781, doi:10.1038/s41467-021- 25054-z
• [16] T.Yamazaki, et al, 2022, Massive-mode polarization entangled biphoton frequency comb, Scientific Reports12:8964, doi:10.1038/s41598-022-12691-7
• [17] S.Francesconi, et al., 2022, On-chip generation of hybrid polarization-frequency entanglement biphoton states, arXiv:2207.10943
• [18] B.LaCour, 2023, Advances in quantum computing, Entropy 25(11), 1633, doi:10.3390/e25121633
• [19] G.Long, 2023, New advances in quantum communication and network, Entropy 25(12), doi:10.3390/e25111548
• [20] M.Jahanbozorgi, et al., 2023, Generation of squeezed quantum microcombs with silicon nitride integrated photonic circuit, Optica 10(8), 1100-1101, doi:10.1364/OPTICA.498670
• [21] F. Liu, et al, 2023, Characterization of Kerr microcombs for quantum technology, CLEO2023, STh1J.7, doi:CLEO_SI.2023,STh1J.7.

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).